nghiên cứu và chế tạo màng mỏng nano tio2 trên nafion membrane để nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (dmfc)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÀNG MỎNG NANO TiO2 TRÊN NAFION MEMBRANE ĐỂ NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP (DMFC) S K C 0 9 MÃ SỐ: T2010 - 45 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÀNG MỎNG NANO TiO2 TRÊN NAFION MEMBRANE ĐỂ NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP (DMFC) MÃ SỐ T2010-45 Chủ nhiệm đề tài: Th.S Lục Quảng Hồ Thành phố Hồ Chí Minh – 11/2010 ii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƢỢC VỀ PIN NHIÊN LIỆU (FUEL CELL) 1.2 PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP (Direct methanol fuel cell - DMFC) 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Hiệu suất 1.2.2.1 Hiệu suất pin nhiên liệu DMFC 1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất pin nhiên liệu DMFC 1.2.3 Các vấn đề pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp 1.2.3.1 Q trình oxy hóa nhiên liệu diễn anode thấp 1.2.3.2 Sự thẩm thấu methanol qua màng trao đổi proton 1.2.4 Màng Nafion 10 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 12 2.1 Tạo màng TiO2 đế Nafion phƣơng pháp sol – gel 12 2.1.1 Thiết bị hoá chất sử dụng 12 2.1.1.1 Thiết bị thí nghiệm 12 2.1.1.2 Hoá chất sử dụng 12 2.1.2 Quy trình tạo màng TiO2 đế Nafion 12 2.2 Khảo sát độ thẩm thấu methanol độ dẫn proton 13 2.2.1 Độ thẩm thấu methanol 13 iii 2.2.2 Độ dẫn proton 15 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 16 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT MẬT ĐỘ PHÂN BỐ VÀ KÍCH THƢỚC HẠT TiO2 TRONG MẪU SOL 16 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CẤU TRÚC CỦA MÀNG TiO2 17 3.3 KẾT QUẢ ĐO ĐỘ DÀY MÀNG TiO2 18 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT HÌNH THÁI HỌC BỀ MẶT CỦA MÀNG NAFION 117 VÀ MÀNG NANO TiO2/NAFION 117 18 3.4.1 Kết khảo sát bề mặt kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng (FESEM – Field Emission Scanning Electron Microscope) 18 3.4.2 Kết khảo sát kính hiển vi lực nguyên tử (AFM – Atomic Force Microscope) 19 3.4.3 Kết khảo sát góc tiếp xúc 23 3.5 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỘ THẨM THẤU CỦA METHANOL 23 3.6 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỘ DẪN PROTON 28 3.7 KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA ĐỘ DẪN PROTON VÀ ĐỘ THẨM THẤU CỦA METHANOL 29 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AFC Alkaline fuel cell, pin nhiên liệu kiềm AFM Atomic force microscope, kính hiển vi lực nguyên tử DCCAs Chất phụ gia điều khiển trình nung khô DMFC Direct methanol fuel cell, pin nhiện liệu dùng methanol trực tiếp EDS Electron Diffraction Spectrum, phổ phát xạ điện tử EIS Electrochemical Impedance Spectrocopy, phổ tổng trở ETFE-SA Ethylene-alt-tetraflouroethylene FC Fuel cell, pin nhiên liệu FESEM Field Emission Scanning Electron Microscope, kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường GC Gas Chromatography, sắc ký khí HVLP High volume and low pressure, dung tích cao áp suất thấp MCFC Molten carbonate fuel cell, pin nhiên liệu carbonate nóng chảy MoPh-a Axít molybdophosphoric NP-PCM Nanoporous proton conducting membranes, màng trao đổi proton có cấu trúc xốp P(4-VP-MMA) Polymer 4-vinylphenol-co-methyl methacrylate P4VP Poly(4-vynylpyridine) PAFC Phosphoric acid fuel cell, pin nhiên liệu axít phosphoric PBI Polybenzimidazole PBMA Polymer poly(butyl methacrylate) PC Polycarbonate PEFC Polymer electrolyte fuel cell, pin nhiên liệu sử dụng màng trao đổi proton PEM Proton exchange membrane, màng trao đổi proton PFA Polyfurfuryl alcohol v PTFE Polytetrafluoroethylene, Teflon PVDF Polyvinylidene fluoride SOFC Solid oxide fuel cell, pin nhiên liệu oxít rắn sPEEK Sulfonated poly(ether ether ketone) sPPZ Polyphosphazene TEM Transmission Electron Microscope, kính hiển vi điện tử truyền qua TTIP Titanium tetra isopropoxide vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Bảng 3.2: Bảng 3.3: Bảng 3.4: Bảng 3.5: Bảng 3.6: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng Nafion 117 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 24 Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-1 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 24 Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-2 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 26 Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua mẫu màng theo nhiệt độ thời gian với nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L 27 Độ dẫn proton σ (mS/cm) mẫu màng tương ứng với nhiệt độ 30oC 70oC 28 Tỉ số độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol σ/P (x 107 mS.s/cm3) 30oC 70oC 29 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu tạo pin nhiên liệu điển hình Hình 1.2: Cấu tạo pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) Hình 1.3: Đường cơng suất đặc trưng pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp Hình 1.4: Dịng nội sinh thẩm thấu nhiên liệu qua màng trao đổi proton Hình 1.5: Hao phí nhiên liệu methanol thấm qua màng gây phản ứng oxy hoá cực âm Hình 1.6: Cấu trúc màng Nafion 10 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình tạo màng TiO2 đế Nafion 12 Hình 2.2: Sơ đồ hệ khuếch tán nhiên liệu hai ngăn 13 Hình 2.3: Hệ khuếch tán nhiên liệu hai ngăn chế tạo 13 Hình 2.4: Hệ đo khảo sát độ dẫn proton 15 Hình 3.1: Ảnh TEM mẫu sol TiO2 dùng để phủ màng đế Nafion 117 (a), phân bố kích thước hạt tính tốn từ ảnh TEM (b, c) 17 Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO2 thu sau xử lý nhiệt 60oC 18 Hình 3.3: Ảnh FESEM với giai đo khác bề mặt màng Nafion 117 chưa biến tính TiO2 19 Hình 3.4: Ảnh FESEM màng TiO2 dày 170 nm (a) 340 nm (b) Nafion 19 Hình 3.5: Ảnh AFM màng Nafion: ảnh bề mặt (a), ảnh 3D bề mặt (b) kết khảo sát độ gồ ghề bề mặt (c) 20 Hình 3.6: Ảnh AFM màng TiO2 dày 170 nm phủ Nafion: ảnh bề mặt (a), ảnh 3D bề mặt (b) kết khảo sát độ gồ ghề bề mặt (c) 21 Hình 3.7: Ảnh AFM màng TiO2 dày 340 nm phủ Nafion: ảnh bề mặt (a), ảnh 3D bề mặt (b) kết khảo sát độ gồ ghề bề mặt (c) 22 Hình 3.8: Kết đo góc tiếp xúc màng Nafion 117 chưa biến tính (a) biến tính (b) 23 viii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng Nafion 117 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 24 Đồ thị 3.2: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion1 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 25 Đồ thị 3.3: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion2 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 25 Đồ thị 3.4: Sự phụ thuộc độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) theo thời gian tương ứng với loại màng nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L 26 Đồ thị 3.5: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua mẫu màng theo nhiệt độ thời gian với nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L 27 Đồ thị 3.6: Sự phụ thuộc độ dẫn proton vào nhiệt độ 28 Đồ thị 3.7: Tỉ số độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol σ/P (x 107 mS.s/cm3) 29 ix THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo màng mỏng nano TiO2 Nafion membrane nhằm cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) - Mã số: T2010-45 - Chủ nhiệm: Th.S Lục Quảng Hồ - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: từ 3/2010 đến 3/2011 Mục tiêu: - Nghiên cứu chế tạo màng mỏng nano TiO2 pha anatase nhiệt độ thấp đế Nafion membrane phương pháp sol – gel - Khảo sát độ thẩm thấu methanol qua màng trao đổi proton Nafion 117 trước sau biến tính vật liệu TiO2 - Khảo sát độ dẫn proton màng trao đổi proton Nafion 117 trước sau đươc biến tính vật liệu TiO2 Tính sáng tạo: - Màng trao đổi proton Nafion biến tính phương pháp phủ màng mỏng oxit kim loại (màng TiO2) - Sol TiO2 tổng hợp phương pháp sol-gel phủ lên đế Nafion thông qua phương pháp phủ quay Kết nghiên cứu: Kết nghiên cứu đề tài mục tiêu đặt mục - 21 - (b) (a) (c) Hình 3.6: Ảnh AFM màng TiO2 dày 170 nm phủ Nafion: ảnh bề mặt (a), ảnh 3D bề mặt (b) kết khảo sát độ gồ ghề bề mặt (c) CNĐT: Lục Quảng Hồ - 22 - (a) (b) (c) Hình 3.7: Ảnh AFM màng TiO2 dày 340 nm phủ Nafion: ảnh bề mặt (a), ảnh 3D bề mặt (b) kết khảo sát độ gồ ghề bề mặt (c) CNĐT: Lục Quảng Hồ - 23 - 3.4.3 Kết khảo sát góc tiếp xúc Hình 3.8 kết khảo sát góc tiếp xúc màng Nafion 117 chưa biến tính sau biến tính màng mỏng nano TiO2 Màng Nafion 117 loại vật liệu ưa nước với góc tiếp xúc nhỏ 90o sau biến tính lớp màng TiO2 góc tiếp xúc giảm xuống cịn 56,2o Ngồi ra, từ ảnh chụp góc tiếp xúc chúng tơi nhận thấy bề mặt màng Nafion 117 tiếp xúc với nước bị biến dạng nhiều (Hình 3.8.a) Việc biến tính cách phủ màng mỏng nano TiO2 không giúp tăng tính ưa nước màng Nafion 117 mà cịn làm tăng độ bền học màng giúp hạn chế biến dạng màng trình hoạt động (a) Hình 3.8: 3.5 (b) Kết đo góc tiếp xúc màng Nafion 117 chưa biến tính (a) biến tính (b) KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỘ THẨM THẤU CỦA METHANOL Phương pháp sắc ký khí áp dụng để xác định nồng độ methanol ngăn B (CB) theo thời gian tương ứng với nồng độ ban đầu methanol ngăn A (CA) Từ kết trình bày chúng tơi dựa vào công thức 2.1 để suy độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol cho ba mẫu: màng Nafion 117, màng TiO2/Nafion-1 với lớp phủ TiO2 dày 170 nm màng TiO2/Nafion-2 với lớp phủ TiO2 dày 340 nm CNĐT: Lục Quảng Hồ - 24 -5 Độ thẩm thấu P (x 10 cm2/s) methanol qua màng Nafion 117 theo Bảng 3.1: thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác Nồng độ CA (mol/L) Thời gian (s) 241 119 27 2.5 3600 1,01 0,98 0,39 0,28 0,18 7200 0,85 0,84 0,82 0,2 0,23 0,13 18000 0,82 0,79 0,72 0,14 0,12 0,095 1.0 0.6 241 mol/L 119 mol/L 27 mol/L mol/L 2,5 mol/L mol/L -5 P (x 10 cm /s) 0.8 0.4 0.2 0.0 10 12 14 16 18 20 t (x 10 s) Đồ thị 3.1: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng Nafion 117 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác Bảng 3.2: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-1 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác Nồng độ CA (mol/L) Thời gian (s) 241 119 27 2.5 3600 0,815 0,786 0,749 0,31 0,222 0,119 7200 0,696 0,673 0,613 0,161 0,147 0,099 18000 0,615 0,637 0,588 0,124 0,094 0,075 CNĐT: Lục Quảng Hồ - 25 - 0.8 -5 P (x 10 cm /s) 0.6 241 mol/L 119 mol/L 27 mol/L mol/L 2.5 mol/L mol/L 0.4 0.2 0.0 10 12 14 16 18 20 t (x 10 s) Đồ thị 3.2: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-1 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác 0.8 P (x 10 cm /s) 0.6 241 mol/L 119 mol/L 27 mol/L mol/L 2.5 mol/L mol/L -5 0.4 0.2 0.0 10 12 14 16 18 20 t (x 10 s) Đồ thị 3.3: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-2 theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác CNĐT: Lục Quảng Hồ - 26 -5 Độ thẩm thấu P (x 10 cm2/s) methanol qua màng TiO2/Nafion-2 Bảng 3.3: theo thời gian với nồng độ ban đầu ngăn A khác Nồng độ CA (mol/L) Thời gian (s) 241 119 27 2.5 3600 0,725 0,69 0,676 0,29 0,198 0,119 7200 0,62 0,6 0,588 0,15 0,159 0,09 18000 0,604 0,577 0,54 0,11 0,088 0,071 Từ đồ thị 3.1, 3.2, 3.3, nhận thấy độ thẩm thấu methanol qua màng trao đổi proton giảm dần theo thời gian sau khoảng độ thầm thấu gần khơng thay đổi Ngồi ra, chúng tơi rút kết luận sử dụng dung dịch methanol có nồng độ mol/L cho kết giảm thiểu độ thẩm thấu methanol 0.20 0.18 Nafion TiO2/Nafion-1 TiO2/Nafion-2 -5 P (x 10 cm /s) 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 10 12 14 16 18 20 t (x 10 s) Đồ thị 3.4: Sự phụ thuộc độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) theo thời gian tương ứng với loại màng nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L Đồ thị 3.4 cho thấy phụ thuộc độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) theo thời gian tương ứng với loại màng nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L Độ thẩm thấu methanol qua màng Nafion 117 sau đươc biến tính giảm từ 1,5-2 CNĐT: Lục Quảng Hồ - 27 - lần theo thời gian so với màng Nafion chưa biến tính Độ thẩm thấu methanol tăng nhiệt độ tăng từ kết từ đồ thị 3.5 nhận thấy độ thẩm thấu methanol qua màng Nafion 117 sau biến tính giảm từ – lần so với chưa biến tính tăng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng vận tốc phân tử chất lỏng dung dịch nhiên liệu tăng làm cho độ thẩm thấu methanol qua màng trao đổi proton tăng lên Việc biến tính màng Nafion 117 với lớp phủ TiO2 kích thước nano tạo thành màng ngăn hạn chế lượng dung dịch thấm qua màng Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua mẫu màng theo nhiệt độ thời gian với nồng độ ban đầu ngăn chứa A Bảng 3.4: mol/L 30oC Loại màng CB 50oC P CB 70oC P CB P (mol/L) (x 10-5 cm2/s) (mol/L) (x 10-5 cm2/s) (mol/L) (x 10-5 cm2/s) Nafion 0,009 0,18 2,29 0,454 6,85 1,36 TiO2/Nafion-1 0,006 0,119 0.009 0,18 0,248 0,492 TiO2/Nafion-2 0,006 0,119 0.007 0,14 0,214 0,423 1.6 Nafion TiO2/Nafion-1 TiO2/Nafion-2 1.4 1.0 P (x10 cm /s) 1.2 -5 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 20 30 40 50 60 70 80 o T ( C) Đồ thị 3.5: Độ thẩm thấu P (x 10-5 cm2/s) methanol qua mẫu màng theo nhiệt độ thời gian với nồng độ ban đầu ngăn chứa A mol/L CNĐT: Lục Quảng Hồ - 28 - 3.6 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỘ DẪN PROTON Bảng 3.5: Độ dẫn proton σ (mS/cm) mẫu màng tương ứng với nhiệt độ 30oC 70oC Loại màng 30oC 70oC Nafion 100 mS/cm 150 mS/cm TiO2/Nafion-1 75 mS/cm 90 mS/cm TiO2/Nafion-2 50 mS/cm 60 mS/cm Kết độ dẫn proton σ (mS/cm) suy từ công thức 2.2 sau xác định tổng trở R màng Đồ thị 3.6 thể phụ thuộc độ dẫn proton vào nhiệt độ tương ứng với mẫu màng Kết cho thấy độ dẫn proton màng giảm nhiệt độ tăng mẫu phủ TiO2 cho độ dẫn proton nhỏ so với mẫu không phủ từ 1,5 – 2,5 lần Cũng giống độ thẩm thấu methanol, độ dẫn proton phụ thuộc vào nhiệt độ vận tốc dịch chuyển proton qua kênh tăng nhiệt độ tăng Đối với độ dẫn proton, nhiều khả lớp màng TiO2 hạn chế lượng proton truyền qua kênh dẫn làm độ dẫn proton giảm theo độ dày lớp phủ nano TiO2 160 Nafion TiO2/Nafion-1 TiO2/Nafion-2 140  (mS/cm) 120 100 80 60 40 20 30 40 50 60 70 80 o T ( C) Đồ thị 3.6: Sự phụ thuộc độ dẫn proton vào nhiệt độ CNĐT: Lục Quảng Hồ - 29 - 3.7 KẾT QUẢ SO SÁNH GIỮA ĐỘ DẪN PROTON VÀ ĐỘ THẨM THẤU CỦA METHANOL Để đánh giá khả ứng dụng loại màng cho hoạt động pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp, lập tỉ số σ/P (mS.s/cm3) độ dẫn proton σ (mS/cm) độ thẩm thấu methanol P (x 10-5 cm2/s) hai điều kiện nhiệt độ khác (30oC 70oC) bảng 3.6 Bảng 3.6: Tỉ số độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol σ/P (x 107 mS.s/cm3) 30oC 70oC Loại màng 30oC 70oC Nafion 5,556 1,103 TiO2/Nafion-1 6,302 1,829 TiO2/Nafion-2 5,95 1,418 30oC 70oC /P (x 10 mS.s/cm ) Nafion Đồ thị 3.7: TiO2/Nafion-1 TiO2/Nafion-2 Tỉ số độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol σ/P (x 107 mS.s/cm3) CNĐT: Lục Quảng Hồ - 30 - Từ kết so sánh tỉ số σ/P mẫu màng Nafion, màng TiO2/Nafion-1 màng TiO2/Nafion-2 theo nhiệt độ (đồ thị 3.7), chúng tơi nhận thấy màng Nafion 117 biến tính cách phủ màng TiO2 với độ dày lớp phủ 170 nm không cho độ thẩm thấu methanol thấp mà cho tỉ số σ/P cao hẳn so với màng Nafion 117 chưa biến tính hay màng Nafion 117 biến tính với độ dày lớp phủ TiO2 340 nm Đây kết mà mục tiêu đề tài hướng tới nhằm cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) CNĐT: Lục Quảng Hồ - 31 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Những kết thực đƣợc đề tài Mục tiêu đặt cho đề tài làm giảm độ thẩm thấu methanol nhằm nâng cao hiệu suất pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) Sử dụng phương pháp sol-gel tiến hành phủ màng mỏng nano TiO2 đế màng Nafion 117 thu kết sau đây:  Đã chế tạo thành công màng mỏng nano TiO2 pha anatase đế Nafion 117 nhiệt độ thấp (60oC) phương pháp sol – gel  Đã khẳng định vật liệu TiO2 tổng hợp đề tài nghiên cứu chúng tơi có kích thước hạt đồng đều, trung bình khoảng - 15 nm có độ đơn phân tán cao (kết ảnh TEM trang 75)  Đã chứng minh bề mặt Nafion 117 sau biến tính cách phủ màng mỏng nano TiO2 có bề mặt đồng hơn, khuyết tật bề mặt che lấp độ gồ ghề bề mặt giảm từ - lần (kết ảnh FESEM AFM trang 78-82)  Đã thiết kế chế tạo hệ đo độ dẫn proton; hệ khuếch tán nhiên liệu hai ngăn để đo độ thẩm thấu methanol Khẳng định màng Nafion 117 sau biến tính có độ thẩm thấu methanol giảm từ - lần độ dẫn proton giảm từ 1,5 - 2,5 lần điều kiện nhiệt độ thay đổi  Bằng cách lập tỉ số để so sánh kết khảo sát độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol, rút kết luận màng mỏng nano TiO2 phủ đế Nafion 117 với độ dày mỏng giúp cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu DMFC tốt thích hợp để ứng dụng thực tế B Hƣớng phát triển đề tài Để pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) ứng dụng rộng rãi thực tiễn sống sản xuất, đề tài cần tiếp tục thực theo hướng khảo sát thêm kết độ dẫn proton độ thẩm thấu methanol theo nhiều độ dày màng thang nhiệt độ khác CNĐT: Lục Quảng Hồ - 32 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Thơ (2007), Điều chế hạt nano anatase TiO2 khảo sát tính chất màng nanocomposit TiO2/PolyvinylAlcol, Luận văn cử nhân vật liệu polymer, HKHTN, TPHCM [2] A.Kăuver, K.Potje-Kamloth (1998), Comparative study of methanol crossover across electropolymerized and commercial proton exchange membrane electrolytes for the acid direct methanol fuel cell”, Electrochimica Acta, 43, pp 2527–2535 [3] [4] [5] [6] Alexdre Hacquard (2005), Improving and Understanding Direct Methanol Fuel Cell, Worcester Polytechnic Institute, pp 14-26 C.Su, et al (2004), “Sol–gel preparation and photocatalysis of titanium dioxide”, Catalysis Today, 96, pp 119–126 E.Peled, et al (2000), “A Direct Methanol Fuel Cell Based on a Novel Low-Cost Nanoporous Proton-Conducting Membrane”, Electrochemical and Solid-State Letters, 3, pp 525–528 EG&G Technical Services, Inc (2004), Fuel Cell Handbook 5th Edition, National Technical Information Service, pp 197-202 F.Kadirgan, O.Savadogo (2004), “Methanol Crossover through Modified Nafion Proton Exchange Membrane”, Russian Journal of Electrochemical, 40, pp 1141–1145 [8] FuMA-Tech GmbH website, [9] G.Q.Lu and C.Y.Wang (2004), “Electrochemical and flow characterization of a direct methanol fuel cell”, Journal of Power Sources, 134, pp 33-40 [10] H.Pei, et al (2006), “Embedded polymerization driven asymmetric PEM for direct methanol fuel cells”, Journal of Membrane Science, 270, pp 169–178 [11] H.S.Nalwa (2004), Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American [7] [12] [13] [14] [15] [16] Scientific Publishers, Vol 6, pp 505 – 536 H.Wang, G.A.Capuano (1998), “Behavior of Raipore Radiation-Grafted Polymer Membranes in H2/O2 Fuel Cells”, Journal of The Electrochemical Society, 145, pp 780–784 http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Alkalinecell.png http://www.fctec.com/fctec_types_pem.asp http://www.newkast.or.jp/english/museum/index.html http://www.smartfuelcell.de CNĐT: Lục Quảng Hồ - 33 - [17] http://www.toto.co.jp/hydro_e/hydro_e7.html [18] J.Liu, et al (2004), “Nafion–polyfurfuryl alcohol nanocomposite membranes with low methanol permeation”, Chemical Communications, pp 728–729 [19] J.T.Wang, et al (1996), “A direct methanol fuel cell using acid-doped polybenzimidazole as polymer electrolyte”, Journal of Applied Electrochemical, 26, pp 751–756 [20] K.Scott, et al (2000), “Performance of the direct methanol fuel cell with radiation-grafted polymer membranes”, Journal of Membrane Science, 171 (1), pp 119–130 [21] K.T.Adjemian, et al (2002), “Silicon Oxide Nafion Composite Membranes for Proton-Exchange Membrane Fuel Cell Operation at 80-140°C”, Journal of The Electrochemical Society, 149, pp A256–A261 [22] L.C.Kleina, et al (2005), “Methods for modifying proton exchange membranes using the sol–gel process”, Polymer, 46, pp 4504–4509 [23] L.Li, et al (2003), “Sulfonated polyether ether ketone membranes cured with different methods for direct methanol fuel cells”, Journal of Materials Science Letters, 22, pp 1595–1597 [24] M.L.Ponce, et al (2004), “Membranes for direct methanol fuel cell based on modified heteropolyacids”, Desalination, 162, pp 383–391 [25] Nicholas William DeLuca (2008), Nafion Blend for Direct Methanol Fuel Cell, Drexel University, USA, pp 7-14 [26] P Knauth and J Schoonman (eds.) (2008), Nanocomposites: Ionic Conducting Materials and Structural Spectroscopies, Springer, pp 71-111 [27] P.Dimitrova, et al (2002), “Modified Nafion®-based membranes for use in direct methanol fuel cells”, Solid State Ionics, 150, pp 115–122 [28] P.Piela, et al (2004), “Ruthenium Crossover in Direct Methanol Fuel Cell with Pt-Ru Black Anode”, Journal of The Electrochemical Society, 151, pp A2053– A2059 [29] Daniela Lisi (2002), Self-Cleaning Glass, Bachelor Thesis of Science in Materials Engineering, Università di Lecce, Italy [30] Q.Guo, et al (1999), “Sulfonated and crosslinked polyphosphazene-based proton-exchange membranes”, Journal of Membrane Science, 154 (2), pp 175– 181 [31] S.C Barton, et al (2001), “Electroreduction of O2 to Water on the “Wired” Laccase Cathode”, The Journal of Physical Chemistry B, 105 (47), pp 11917 – 11921 CNĐT: Lục Quảng Hồ - 34 - [32] S.J.Bu, et al (2005), “Synthesis of TiO2 porous thin films by polyethylene glycol templating and chemistry of the process”, Journal of the European Ceramic Society, 25, pp 673–679 [33] Tanja Kallio (2003), Electrochemical and Physicochemical Characterization of Radiation-Grafted Membranes For Fuell Cell, Helsinki University of Technology, Finland, pp 12-14 [34] Vladimir Neburchilov, et al (2007), “A review of polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cells”, Journal of Power Sources, 169, pp 221–238 [35] V.Saarinen, et al (2005), “New ETFE-based membrane for direct methanol fuel cell”, Electrochimica Acta, 50, pp 3453–3460 [36] V.Tricoli, et al (2000), “A Comparative Investigation of Proton and Methanol Transport in Fluorinated Ionomeric Membranes”, Journal of The Electrochemical Society, 147, pp 1286–1290 [37] www.fuelcells.org/basics/how.html [38] Y.S.Kim, et al (2004), “Direct Methanol Fuel Cell Performance of Disulfonated Poly(arylene ether benzonitrile) Copolymers”, Journal of The Electrochemical Society, 151, pp A2150–A2156 [39] Z.H.Wang and C.Y.Wang (2001), “Mathematical Modeling of Liquid-Feed Direct Methanol Fuel Cell”, Proceedings of Direct Methanol Fuel Cell Symposium 199th, The Pennsylvania State University [40] Zhimou.Wu, et al (2008), “Nafion® and nano-size TiO2–SO42- solid superacid composite”, Journal of Membrane Science, 313, pp 336–343 CNĐT: Lục Quảng Hồ