質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)越來越被研究者廣泛關(guān)注,認定為未來時代汽車中可代替內(nèi)燃機的一種清潔發(fā)電裝置。究其原因是因為其獨特的優(yōu)勢,如無污染排放、功率轉(zhuǎn)化效率高等。質(zhì)子交換膜(PEM)是該類型燃料電池的最關(guān)鍵組成之一,是一種可以防止陰陽兩側(cè)氣體接觸的隔膜。同時在燃料電池內(nèi)部擔(dān)任著傳遞質(zhì)子的責(zé)任,質(zhì)子在其中既是生成產(chǎn)物也是參與反應(yīng)的物質(zhì),因此質(zhì)子交換膜可以影響燃料電池的整體性能。傳統(tǒng)商業(yè)化廣泛應(yīng)用的是全氟磺酸質(zhì)子交換膜,但是受到成本高和性能不足的限制,直接影響了 PEMFC繼續(xù)商業(yè)發(fā)展和深入的研究。對此制備出性能優(yōu)異且低成本的質(zhì)子交換膜成為了研究者們研究方向的一個重點方向,聚醚醚酮(PEEK)是一種性能優(yōu)異的特種材料,它的磺化產(chǎn)物-磺化聚醚醚酮(SPEEK)是非常有可能替代全氟磺酸樹脂的一種材料。它被選擇的原因是同時兼具較高的質(zhì)子傳導(dǎo)能力和具備良好的物理化學(xué)等性能。靜電紡絲技術(shù)(electrospinning)制備納米結(jié)構(gòu)的纖維再擴展應(yīng)用,一直以來都是我們實驗室開展科研的重要基礎(chǔ)。最近幾年間將納米纖維材料和結(jié)構(gòu)和燃料電池領(lǐng)域相結(jié)合,用來制備更優(yōu)性能的質(zhì)子交換膜或其他部件的研究越來越多...

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 質(zhì)子交換膜燃料電池概述
        1.1.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
        1.1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池目前存在的問題
    1.2 質(zhì)子交換膜概述
        1.2.1 質(zhì)子交換膜簡介
        1.2.2 質(zhì)子交換膜中質(zhì)子傳遞機理研究
    1.3 質(zhì)子交換膜研究現(xiàn)狀
        1.3.1 全氟磺酸質(zhì)子交換膜
        1.3.2 部分氟化質(zhì)子交換膜
        1.3.3 無氟質(zhì)子交換膜
            1.3.3.1 磺化聚砜類質(zhì)子交換膜
            1.3.3.2 磺化聚芳醚酮類質(zhì)子交換膜
            1.3.3.3 磺化聚酰亞胺類質(zhì)子交換膜
    1.4 質(zhì)子交換膜的制備工藝研究進展
        1.4.1 傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜制備工藝
        1.4.2 新型納米纖維結(jié)構(gòu)質(zhì)子交換膜制備工藝
            1.4.2.1 溶液噴射紡絲技術(shù)制備質(zhì)子交換膜
            1.4.2.2 溶液靜電紡絲技術(shù)制備質(zhì)子交換膜
    1.5 本課題研究內(nèi)容及選題意義
第二章 實驗測試設(shè)備與性能表征方法
    2.1 物理性能表征測試
        2.1.1 核磁共振氫譜測試(¹H-NMR)
        2.1.2 紅外光譜分析(FT-IR)
        2.1.3 掃描電子顯微鏡分析(SEM)
        2.1.4 熱性能分析(TGA和DSC)
        2.1.5 溶脹度、含水率的測定
        2.1.6 機械強度拉伸測試
        2.1.7 質(zhì)子電導(dǎo)率測試
    2.2 質(zhì)子交換膜組裝燃料電池及其電化學(xué)性能表征測試
        2.2.1 質(zhì)子交換膜組裝燃料電池的步驟
        2.2.2 電化學(xué)表征測試方法
            2.2.2.1 單電池活化
            2.2.2.2 極化曲線測試(V-I)的方法與條件
            2.2.2.3 線性掃描測試(LSV)的方法與條件
            2.2.2.4 電化學(xué)阻抗譜測試(EIS)的方法與條件
    2.3 本章小結(jié)
第三章 SPEEK/PAN納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的物理性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗藥品
        3.2.2 實驗儀器
        3.2.3 樣品的制備過程
            3.2.3.1 聚醚醚酮的磺化流程
            3.2.3.2 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 SPEEK的紅外光譜測試
        3.3.2 SPEEK的核磁共振光譜測試
        3.3.3 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的微觀形貌
        3.3.4 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的熱性能分析
        3.3.5 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的吸水溶脹率
        3.3.6 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的拉伸機械性能
        3.3.7 SPEEK/PAN復(fù)合質(zhì)子交換膜的質(zhì)子電導(dǎo)率
    3.4 本章小結(jié)
第四章 SPEEK/PAN納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的單電池性能分析
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗藥品
        4.2.2 實驗儀器
        4.2.3 樣品的制備過程
        4.2.4 單電池的制備及電化學(xué)表征方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 SPEEK/PAN纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜燃料電池的極化曲線(V-I)
        4.3.2 SPEEK/PAN纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜燃料電池的漏氫電流(LSV)
        4.3.3 SPEEK/PAN纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜燃料電池電化學(xué)阻抗譜(EIS)
    4.4 本章小結(jié)
第五章 Nafion/PTFE納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的初步探索
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗藥品
        5.2.2 實驗儀器
        5.2.3 樣品的制備過程
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 PTFE納米纖維膜的形貌分析
        5.3.2 PTFE納米纖維膜的燒結(jié)條件探索
        5.3.3 PTFE納米纖維膜的紅外光譜分析
        5.3.4 Nafion/PTFE復(fù)合質(zhì)子交換膜的熱穩(wěn)定性分析
        5.3.5 Nafion/PTFE復(fù)合質(zhì)子交換膜的質(zhì)子電導(dǎo)率
        5.3.6 Nafion/PTFE復(fù)合質(zhì)子交換膜的吸水溶脹率
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
學(xué)術(shù)成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
導(dǎo)師及作者簡介
附件



本文編號：3748660