Nafion-NH4-X沸石復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與表征.pdf

1、燃料電池是一類新型能量轉(zhuǎn)換裝置，擁有很多優(yōu)點(diǎn)，比如轉(zhuǎn)換效率高、污染小以及噪聲小等。直接甲醇燃料電池以甲醇為燃料，直接將其轉(zhuǎn)化為電能，可廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，比如便攜式電源、供電站、汽車等。其中，質(zhì)子交換膜是直接甲醇燃料電池的核心部件，目前主要使用美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜。但是Nafion膜應(yīng)用于直接甲醇燃料電池時(shí)有一些缺點(diǎn)，例如具有較高的甲醇滲透率以及在低濕高溫條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率不高。因此，對(duì)Nafion膜進(jìn)行改性非常有必要。

2、
　　先前研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了沸石/Nafion復(fù)合膜的改性研究。研究表明，沸石的顆粒大小對(duì)質(zhì)子導(dǎo)電性和甲醇滲透性有重要影響，因?yàn)榉惺w粒大小與分布特性決定了沸石的吸水性，Nafion-沸石的界面決定了甲醇和質(zhì)子傳輸?shù)耐緩?。亞微米沸石的存在使甲醇主要穿透沸石進(jìn)行滲透，增大了滲透的阻力，使復(fù)合膜的甲醇滲透率大大降低。總之，亞微米級(jí)Na-X沸石Nafion復(fù)合膜具有較好的綜合性能。
　　本文設(shè)計(jì)了三種沸石，即Na-X、NH4-X和H-

3、X沸石，它們的晶體結(jié)構(gòu)相同，只有平衡陽(yáng)離子不同，以期不改變復(fù)合膜的甲醇滲透率而提高其質(zhì)子導(dǎo)電性。首先本實(shí)驗(yàn)用水熱合成法制備了納米級(jí)和亞微米級(jí)的Na-X沸石，接著將其轉(zhuǎn)化為NH4-X沸石，并運(yùn)用 XRD、SEM、FTIR、TGA/DSC、BET對(duì)其進(jìn)行表征，分析異同點(diǎn)。最后，本實(shí)驗(yàn)嘗試將NH4-X沸石轉(zhuǎn)化為H-X沸石，對(duì)轉(zhuǎn)化結(jié)果進(jìn)行表征分析，找出了最佳的轉(zhuǎn)化途徑。
　　本實(shí)驗(yàn)的最后階段將性能良好的Na-X和NH4-X沸石按5wt％和

4、10wt%的比例添加到 Nafion膜中，用重塑法制備出了復(fù)合質(zhì)子交換膜。并運(yùn)用 SEM、TGA/DSC、吸水能力、質(zhì)子交換能力、甲醇滲透、質(zhì)子傳導(dǎo)等對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行表征，分析異同點(diǎn)。結(jié)果表明，NH4-X/Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的吸水能力、質(zhì)子交換容量、質(zhì)子傳導(dǎo)能力不如Na-X/Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的好，但是優(yōu)于不摻雜的Nafion質(zhì)子交換膜，其甲醇滲透率卻遠(yuǎn)低于Na-X/Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜。最后，制備的亞微米NH4-X/