本文關(guān)鍵詞：SPPESK電紡有序纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備及性能

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【摘要】：目前,Nafion膜是質(zhì)子交換膜(PEMFC)廣泛應(yīng)用的質(zhì)子交換膜(PEM),但是它使用成本高、甲醇滲透率高、氫氣滲透等缺點(diǎn)限制了PEMFC的發(fā)展。含有芳香環(huán)的非氟類(lèi)高分子化合物由于其成本低以及化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)受到越來(lái)越多的研究者重視,非氟質(zhì)子交換膜的缺點(diǎn)是質(zhì)子傳導(dǎo)率低。傳統(tǒng)方法通過(guò)增加離子離子交換容量(IEC)來(lái)改善非氟膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性,但是IEC過(guò)高會(huì)使得膜過(guò)度溶脹。靜電紡絲法可以制備納米級(jí)纖維,通過(guò)堵孔可以制備質(zhì)子交換膜,由于離子簇在靜電場(chǎng)作用下發(fā)生聚集,形成聯(lián)通的質(zhì)子通道,提高了PEM的質(zhì)子傳導(dǎo)性,并且在纖維網(wǎng)絡(luò)的支撐下可以提高膜的耐溶脹性能。本文利用靜電紡絲方法,制備了表面有序纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜,進(jìn)而制備了厚度有序纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜。提高了膜厚度方向質(zhì)子傳導(dǎo)率,并具有優(yōu)異的物質(zhì)相容性,國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)報(bào)道。首先,通過(guò)靜電紡絲法制備出平行有序的SPPESK納米纖維,考察了紡絲液濃度、噴射流速、電壓、滾輪轉(zhuǎn)速對(duì)制備平行有序纖維形貌的影響。確定最優(yōu)紡絲條件為：紡絲電壓為20kV、滾輪轉(zhuǎn)速為2000rpm、噴射流速為6μL/s、紡絲液濃度為20.2wt%。所制備的電紡纖維平行有序,直徑范圍100-300nm。然后,利用相同離子交換容量的SPPESK溶液對(duì)平行有序纖維堵孔,制備了表面有序纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜(Surface Aligned PEM, SA-PEM)�？疾炝瞬煌琁EC下,SA-PEM的性能。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得到,80℃下,IEC1.82mmol/g的SA-PEM平行纖維方向電導(dǎo)率可達(dá)到163mS/cm,是同IEC下澆鑄膜的1.16倍,與Nafionl 15膜(153mS/cm)相當(dāng),纖維復(fù)合膜溶脹度僅為22.0%,與Nafionl 15(21.0%)膜相當(dāng),小于澆鑄膜(29.1%)為了提高質(zhì)子交換膜厚度方向質(zhì)子傳導(dǎo)率,將IEC1.82mmol/g的平行有序SPPESK纖維疊加,經(jīng)過(guò)堵孔溶液浸潤(rùn)、干燥,再經(jīng)過(guò)切片、平整、干燥、質(zhì)子化后,制備了SPPESK纖維沿厚度有序的厚度有序纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜(Thickness Aligned PEM, TA-PEM)。研究表明,TA-PEM的平整處理,可以提高膜表面相容性,降低各向異性。平整后TA-PEM具有更優(yōu)異的電、化學(xué)性能以及機(jī)械性能。80℃下,跨膜質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到30.0mS/cm,溶脹度僅為23.0%,均與Nafionl 15膜(36.0mS/cm,21.0%)相當(dāng)；拉伸強(qiáng)度達(dá)到19.3MPa遠(yuǎn)高于Nafion115膜；單電池操作的滲氫電流密度為2.37mA/cm2,開(kāi)路電壓達(dá)到0.95V,表明TA-PEM致密性優(yōu)良。其功率密度為295mA/cm2,達(dá)到Nafion115膜的1.28倍。
【關(guān)鍵詞】：磺化聚芳醚砜酮 靜電紡絲法 有序納米纖維 質(zhì)子交換膜 燃料電池
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-27
• 1.1 燃料電池及其發(fā)展11
• 1.2 燃料電池優(yōu)點(diǎn)及分類(lèi)11-12
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池12-14
• 1.3.1 工作原理12-13
• 1.3.2 關(guān)鍵組件13-14
• 1.4 質(zhì)子交換膜14-15
• 1.4.1 質(zhì)子交換膜要求14
• 1.4.2 質(zhì)子交換膜分類(lèi)14-15
• 1.5 非氟質(zhì)子交換膜改性方法15-18
• 1.5.1 聚合物共混法15-16
• 1.5.2 無(wú)機(jī)顆粒摻雜法16-17
• 1.5.3 交聯(lián)法17-18
• 1.6 靜電紡絲法18-22
• 1.6.1 靜電紡絲法原理18-19
• 1.6.2 靜電紡絲特點(diǎn)及影響因素19-20
• 1.6.3 靜電紡絲法在質(zhì)子交換膜中應(yīng)用20-22
• 1.7 SPPESK質(zhì)子交換膜改性研究22-25
• 1.8 論文選題的意義及研究?jī)?nèi)容25-27
• 2 靜電紡絲法制備平行有序SPPESK納米纖維27-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分27-30
• 2.1.1 主要藥品及試劑27
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器27-28
• 2.1.3 SPPESK的制備28-29
• 2.1.4 靜電紡絲法制備平行有序SPPESK納米纖維29-30
• 2.1.5 不同條件下制備平行有序SPPESK納米纖維30
• 2.1.6 膜性能表征30
• 2.2 結(jié)果與討論30-35
• 2.2.1 紡絲液濃度對(duì)平行有序纖維的影響30-31
• 2.2.2 收集器轉(zhuǎn)速對(duì)有序纖維的影響31-33
• 2.2.3 紡絲電壓對(duì)有序纖維的影響33-34
• 2.2.4 紡絲流速對(duì)有序纖維的影響34-35
• 2.3 本章小結(jié)35-37
• 3 SPPESK表面有序纖維復(fù)合膜制備及性能研究37-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分37-40
• 3.1.1 主要藥品及試劑37
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器37-38
• 3.1.3 堵孔溶劑選定及優(yōu)化38
• 3.1.4 SPPESK有序纖維復(fù)合膜制備38-39
• 3.1.5 SPPESK無(wú)序纖維復(fù)合膜及澆鑄膜制備39
• 3.1.6 SPPESK有序纖維復(fù)合膜性能測(cè)試39-40
• 3.2 結(jié)果與討論40-45
• 3.2.1 SPPESK有序纖維復(fù)合膜形貌40-41
• 3.2.2 SPPESK有序纖維復(fù)合膜堵孔前后離子簇比較41
• 3.2.3 SPPESK有序纖維復(fù)合膜吸水率和溶脹度41-43
• 3.2.4 SPPESK有序纖維復(fù)合膜機(jī)械性能43-44
• 3.2.5 SPPESK有序纖維復(fù)合膜表面方向質(zhì)子傳導(dǎo)率44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 4 SPPESK厚度有序纖維復(fù)合膜的制備及性能46-58
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分46-49
• 4.1.1 主要藥品及試劑46
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器46-47
• 4.1.3 SPPESK厚度有序纖維復(fù)合膜制備47-48
• 4.1.4 SPPESK厚度有序纖維復(fù)合膜的性能測(cè)試48-49
• 4.2 結(jié)果與討論49-56
• 4.2.1 厚度有序纖維復(fù)合膜纖維制備過(guò)程及形態(tài)49-50
• 4.2.2 膜的吸水溶脹性能50-51
• 4.2.3 表面方向的質(zhì)子傳導(dǎo)率51-52
• 4.2.4 厚度有序膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率52-53
• 4.2.5 膜的機(jī)械性能53-54
• 4.2.6 質(zhì)子交換膜的氫氣滲透54-55
• 4.2.7 厚度有序纖維復(fù)合膜電池性能55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 論文創(chuàng)新點(diǎn)與展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

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