纖維素基納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜作為質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，具有傳導(dǎo)質(zhì)子、絕緣電子和阻隔燃料的作用。商業(yè)化的Nafion全氟磺酸型質(zhì)子交換膜因在高溫時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率降低，甲醇滲透嚴(yán)重等現(xiàn)象，限制了其更廣泛的應(yīng)用?；腔?xì)渚酆衔锊牧铣杀镜?，物理化學(xué)性能良好，較容易被磺化和改性，成為替代Nafion膜的良好選擇;但當(dāng)其磺化度過(guò)高時(shí)，膜溶脹嚴(yán)重，機(jī)械性能較差，磺化度低時(shí)，質(zhì)子傳導(dǎo)率降低。在質(zhì)子交換膜中構(gòu)建連續(xù)的質(zhì)子傳遞通道和加入親水性材料是提高其質(zhì)子傳導(dǎo)率的有效

2、方法。近年來(lái)，通過(guò)將納米纖維嵌入到質(zhì)子交換膜中構(gòu)建質(zhì)子傳遞通道成為研究的熱點(diǎn)。本論文以磺化聚醚砜(SPES)為膜基質(zhì)，引入納米纖維制各復(fù)合質(zhì)子交換膜，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　論文首先利用感應(yīng)靜電輔助溶液噴射紡絲法制備了醋酸纖維素(CA)納米纖維，并經(jīng)脫乙?；幚淼玫嚼w維素納米纖維。通過(guò)溶液浸漬的方法，制備了纖維素納米纖維支撐的SPES復(fù)合質(zhì)子交換膜(SPES/Cell)，研究了纖維素納米纖維的結(jié)構(gòu)、形貌及復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)及性能。結(jié)果表

3、明CA納米纖維直徑主要分布在150nm-1000nm，經(jīng)過(guò)水解之后，纖維素納米纖維直徑主要分布在200-800nm，纖維光滑較均勻。復(fù)合膜具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率、親水性、熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度和阻醇性。由于親水性的纖維素納米纖維的嵌入，提高了復(fù)合膜的保水性，纖維素納米纖維的含量為5％時(shí)的SPES/Cell復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.13S/cm(80℃、100RH)，與純SPES膜相比，提高了1.6倍。
　　論文進(jìn)一步將纖維素納米纖維進(jìn)行

4、磷酸化處理，并與SPES膜基質(zhì)復(fù)合制備了P-Cell/SPES復(fù)合膜，其結(jié)構(gòu)與性能研究結(jié)果表明:磷酸基團(tuán)的引入，為膜內(nèi)質(zhì)子傳輸提供了更多的質(zhì)子傳遞位點(diǎn)，改善了P-Cell/SPES復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性，在40℃時(shí)，復(fù)合膜P-Cell/SPES-0.25M的吸水率為纖維素納米纖維/SPES膜的1.22倍，納米纖維經(jīng)過(guò)磷酸化，吸水性提高，P-Cell/SPES-0.25M復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率最高可以達(dá)到0.154S/cm(80℃、100RH)。<