本文關(guān)鍵詞：復(fù)合的磺化聚芳醚酮砜類質(zhì)子交換膜的制備及性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)是一種能量轉(zhuǎn)化率比較高,能量密度比較大且污染很低的能量轉(zhuǎn)換裝置。質(zhì)子交換膜(PEMs)作為質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組成部件,不僅能夠?qū)⒀趸瘎┖腿剂细艚^,而且質(zhì)子可以通過(guò)其進(jìn)行傳遞。針對(duì)已經(jīng)商業(yè)化的質(zhì)子交換膜Nafion在高于80℃時(shí)的質(zhì)子傳導(dǎo)率嚴(yán)重下降的問(wèn)題,本文制備了兩種復(fù)合膜以提高PEMs在高溫時(shí)的質(zhì)子傳導(dǎo)率。通過(guò)溶液共混法制備含氨基的磺化聚芳醚酮砜(Am-SPAEKS)和不同磷鎢酸(HPW)含量的復(fù)合膜,用以在中高溫度操作條件下的PEMFCs中。紅外光譜顯示,氨基與HPW之間存在較強(qiáng)的酸堿作用,類似的氫鍵作用也存在于磺酸基團(tuán)與HPW之間,這些相互作用起到固定HPW的效果,這一現(xiàn)象可以從掃描電鏡(SEM)照片中得到證實(shí)。與純Am-SPAEKS膜相比,復(fù)合膜的吸水率及熱力學(xué)穩(wěn)定性得到了明顯改善。保水能力和甲醇滲透系數(shù)都能達(dá)到PEMs的使用范圍。Am-SPAEKS/HPW30%在120℃時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到了0.091S cm-1,以上結(jié)果顯示,所制備的復(fù)合質(zhì)子交換膜在中高溫度具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。通過(guò)紅外證實(shí)SPAEKS,HPW以及聚偏氟乙烯(PVDF)復(fù)合膜的PEMs成功制備。SEM圖像顯示所制備的復(fù)合膜沒有出現(xiàn)明顯的相分離結(jié)構(gòu)。HPW均勻分散在膜中,可能是由于PVDF獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)起到了固定HPW粒子的作用。熱失重分析結(jié)果顯示當(dāng)HPW含量增加時(shí),復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性隨之增加。此外,復(fù)合膜也展現(xiàn)出良好的抗氧化性。SPAEKS/PVDF-HPW10%復(fù)合膜在20℃時(shí)的甲醇滲透系數(shù)為1.68×10-7cm2 s 1,復(fù)合膜在80℃條件時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率最高可達(dá)到0.098S cm-1,比Nafion?117的質(zhì)子傳導(dǎo)率稍低了一些。然而,相對(duì)選擇性要較Nafion?117高很多。復(fù)合膜在80℃下的溶脹率只有16%,室溫下的吸甲醇率僅為10.2%,這些都比相同條件Nafion?117的溶脹率和吸醇率要低很多。以上數(shù)據(jù)分析表示,該系列復(fù)合膜有希望在直接甲醇燃料電池(DMFCs)中得到應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜 磷鎢酸 氨基 磺酸基團(tuán) 復(fù)合膜 甲醇滲透系數(shù) 質(zhì)子傳導(dǎo)率
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.4;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-24
• 1.1 概述8
• 1.2 燃料電池簡(jiǎn)介8-10
• 1.2.1 燃料電池的分類及特點(diǎn)8-10
• 1.2.2 燃料電池的工作原理10
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池10-13
• 1.3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展10-11
• 1.3.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理11-12
• 1.3.3 直接甲醇燃料電池（DMFC）12-13
• 1.4 質(zhì)子交換膜13-23
• 1.4.1 質(zhì)子交換膜中質(zhì)子的傳輸機(jī)理13-14
• 1.4.2 氟化共聚物質(zhì)子交換膜14
• 1.4.3 非氟化聚合物質(zhì)子交換膜14-15
• 1.4.4 質(zhì)子交換膜用無(wú)機(jī)材料15-17
• 1.4.5 有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜材料17-23
• 1.5 本文的設(shè)計(jì)思想23-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分24-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 2.2.1 紅外光譜（FT-IR）24
• 2.2.2 核磁共振（1H-NMR）24-25
• 2.2.3 熱重分析（TGA）25
• 2.2.4 X射線衍射分析（XRD）25
• 2.2.5 氣相色譜25
• 2.2.6 交流阻抗能譜25
• 2.2.7 機(jī)械性能25
• 2.3 膜的性能表征25-28
• 2.3.1 吸水率和溶脹率25-26
• 2.3.2 膜中水的脫附系數(shù)26
• 2.3.3 氧化穩(wěn)定性26
• 2.3.4 甲醇滲透系數(shù)26-27
• 2.3.5 質(zhì)子傳導(dǎo)率27-28
• 第三章 含氨基磺化聚芳醚酮砜/磷鎢酸復(fù)合膜的制備與性能研究28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分28-29
• 3.2.1 Am-SPAEKS的制備28-29
• 3.2.2 復(fù)合膜的制備29
• 3.3 結(jié)果與討論29-38
• 3.3.1 Am-SPAEKS共聚物的表征29
• 3.3.2 膜的FT-IR光譜圖29-30
• 3.3.3 膜的熱性能和力學(xué)性能30-31
• 3.3.4 膜的微觀形態(tài)31-32
• 3.3.5 膜中HPW的穩(wěn)定性，吸水性率和溶脹率32-34
• 3.3.6 膜的保水能力34-35
• 3.3.7 氧化穩(wěn)定性35
• 3.3.8 質(zhì)子導(dǎo)電率和甲醇滲透系數(shù)35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 磺化聚芳醚酮砜/聚偏氟乙烯/磷鎢酸復(fù)合膜的制備與性能研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 4.2.1 SPAEKS-100%的合成39
• 4.2.2 復(fù)合膜的制備39-40
• 4.3 結(jié)果與討論40-49
• 4.3.1 復(fù)合膜的表征40-41
• 4.3.2 復(fù)合膜的微觀形貌41-42
• 4.3.3 XRD分析42-43
• 4.3.4 膜的熱穩(wěn)定性43
• 4.3.5 膜的吸水率，，溶脹率，甲醇吸收率以及氧化穩(wěn)定性43-46
• 4.3.6 膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率46-47
• 4.3.7 甲醇滲透系數(shù)47-48
• 4.3.8 膜的相對(duì)選擇性48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 結(jié)論50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻(xiàn)52-58
• 作者簡(jiǎn)介58
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果58

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