燃料電池用改性Nafion膜的制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的核心部件，起著傳導(dǎo)質(zhì)子、隔絕燃料及電子的作用。目前廣泛使用的是以Nafion膜為代表的全氟磺酸膜，Nafion膜具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好和高濕度下質(zhì)子導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)，但其成本高、甲醇滲透率高等缺點(diǎn)極大限制了其在PEMFC中的應(yīng)用，尤其是直接甲醇燃料電池(DMFC)的應(yīng)用。本文提出了利用溶液噴射納米纖維對(duì)Nafion進(jìn)行改性，制備納米纖維支撐的Nafion復(fù)合膜，以期得到綜合性能良好的質(zhì)子

2、交換膜(PEM)材料。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　論文首先利用溶液噴射紡絲方法紡制了SPEEK納米纖維，再通過(guò)溶液浸漬的方法，制備了納米纖維含量不同的SPEEK納米纖維/Nafion復(fù)合膜。所制備SPEEK納米纖維形態(tài)良好，平均直徑在80-210nm之間，具有一定的卷曲度。復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。20℃下，納米纖維含量為10％的SPEEK/Nafion復(fù)合膜的吸水率為21.7％，電導(dǎo)率為0.09 S/cm，阻醇率為9.9×

3、10-7cm2/s，與Nafion117膜相比，這些性能均有較大程度的提高。復(fù)合膜吸水率提高的同時(shí)溶脹率沒(méi)有增大，這是由于納米纖維在復(fù)合膜中起到一個(gè)骨架作用，限制了膜的溶脹。同時(shí)，復(fù)合膜較Nafion117具有更好的選擇性，SPEEK/Nafion-10復(fù)合膜的選擇性最好，選擇性值為9.2×104 Sscm-3。
　　基于三硅醇苯基POSS(TSP POSS)具有高的吸水性能和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論文進(jìn)一步通過(guò)溶液噴射紡絲法紡制了SP

4、EEK/POSS納米纖維，然后制備了SPEEK/POSS納米纖維/Nafion復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性、吸水率和溶脹率、質(zhì)子傳導(dǎo)率、阻醇率都有所改善。POSS含量為0.04的復(fù)合膜在常溫條件下，質(zhì)子電導(dǎo)率可以達(dá)到0.094 S/cm。所得復(fù)合膜的甲醇滲透率都低于Nafion膜和SPEEK/Nafion復(fù)合膜。同時(shí)，復(fù)合膜具有比Nafion膜更好的選擇性，SPN-0.04膜的選擇性為1.17×105 Sscm-3，是Nafi