聚酰亞胺-功能化石墨烯復(fù)合材料的制備及性能.pdf

1、聚酰亞胺/功能化石墨烯(PIFG)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性，是近年來一個(gè)重要研究方向。但FG與PI界面相互作用、界面處應(yīng)力傳遞等問題仍有待于進(jìn)一步深入研究。作為質(zhì)子交換膜材料，PI/FG復(fù)合材料對全釩液流電池隔膜性能的影響還需要研究。
　　以（3-氨丙基）三甲氧基硅烷為改性劑制各了氨基硅烷化石墨烯(APTMS-GO)，采用原位聚合法制備了PI/APTMS-rGO復(fù)合材料。通過熱重分析(TGA)、拉曼光譜(Raman)、

2、場發(fā)射-掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等對PI/APTMS-rGO復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，添加0.3 wt％APTMS-rGO時(shí)，PI/APTMS-rGO復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別提高31％和35％;玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱穩(wěn)定性分別提高27.1℃和44℃。原位動態(tài)拉曼研究證實(shí)，共價(jià)鍵結(jié)合形式利于界面處應(yīng)力傳遞，顯著提高力學(xué)強(qiáng)度。
　　以聚乙烯亞胺(PEI)為修飾劑，制備了氨基化石墨烯(P

3、EI-rGO)，并與磺化聚酰亞胺(SPI)基體復(fù)合制備了酸-堿復(fù)合膜（SPIPEI-rGO）。研究表明，PEI-rGO與SPI基體界面處形成的酸-堿離子對有效降低了溶脹率和釩離子滲透率，保持了較高質(zhì)子傳導(dǎo)率。在40 mA cm-2電流密度下，添加2 wt％ PEI-rGO的SPI/PEI-rGO-2復(fù)合膜組裝的單電池庫倫效率(95％vs91％)和能量效率(75.6％vs66.8％)均高于Nafion117膜。100次充放電循環(huán)結(jié)果表明S

4、PI/PEI-rGO-2膜具有良好的耐酸性和化學(xué)穩(wěn)定性。
　　采用兩性聚合物修飾GO合成了兩性聚合物修飾氧化石墨烯(ZGO)，并制備了全釩液流電池用SPIZGO復(fù)合膜。研究表明，ZGO的加入抑制了釩離子的擴(kuò)散，增加了復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。單電池測試結(jié)果表明，在40 mA cm-2電流密度下，以SPI/ZGO-4膜組裝的單電池庫倫效率(92.7％ vs91％)和能量效率(76.1％vs66.8％)均高于商業(yè)Nafion117膜。100