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文檔簡介
1、目前,直接甲醇燃料電池(DMFC)中核心部分三合一電極的質(zhì)子交換膜(PEM)采用全氟磺酸膜。但是全氟磺酸膜存在兩個問題:一是甲醇從陽極向陰極透過率高,造成原料浪費及電極催化劑中毒;二是制作成本高,價格昂貴。因此,新型質(zhì)子交換膜的開發(fā)備受關(guān)注。本文采用稀土金屬氧化物改性磺化聚醚醚酮(SPEEK),制備出一系列有機/無機復(fù)合膜,并對復(fù)合膜進行強磁場處理,系統(tǒng)研究復(fù)合膜的各項性能,具有一定的理論意義和實用價值。 本文分別采用氧化鈰(C
2、eO2)、氧化釔(Y2O3)對SPEEK進行摻雜改性,制備一系列摻雜量不同的復(fù)合膜,經(jīng)電導(dǎo)率、透醇系數(shù)和吸水率測試,結(jié)果表明:SPEEK/CeO2復(fù)合膜與SPEEK/Y2O3復(fù)合膜的電導(dǎo)率大于未摻雜改性膜,且隨著摻雜量的增加表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢;在30℃~70℃之間電導(dǎo)率隨溫度上升而提高,大于70℃時電導(dǎo)率有所下降;Y2O3摻雜的復(fù)合膜電導(dǎo)率略小于CeO2摻雜膜;兩種摻雜復(fù)合膜的甲醇透過系數(shù)均隨著摻雜量的增加而降低,Y2O3摻雜的復(fù)
3、合膜阻醇性能優(yōu)于CeO2摻雜膜;兩種摻雜復(fù)合膜的吸水率均隨著摻雜量的增加而降低,Y2O3摻雜的復(fù)合膜在水中穩(wěn)定性優(yōu)于CeO2摻雜膜。 采用6特斯拉的強磁場對改性復(fù)合膜進行處理,并研究不同磁場方向的處理對復(fù)合膜性能的影響。經(jīng)強磁場垂直或平行處理的復(fù)合膜,其水中穩(wěn)定性未見明顯變化:經(jīng)強磁場垂直處理后,復(fù)合膜阻醇性能優(yōu)于未經(jīng)強磁場處理的復(fù)合膜,而質(zhì)子傳導(dǎo)性能卻略有下降;經(jīng)強磁場平行處理后,復(fù)合膜阻醇性能無明顯變化,但其質(zhì)子傳導(dǎo)性能優(yōu)于
4、未經(jīng)處理或經(jīng)強磁場垂直處理的復(fù)合膜。對各種復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)、阻醇和水中穩(wěn)定性能進行綜合評價,確定48.3%DS、5%Y2O3摻雜、經(jīng)強磁場平行處理的SPEEK復(fù)合膜的綜合性能最佳。 采用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜、X-射線衍射、掃描電鏡以及全息成像技術(shù),對兩種摻雜的復(fù)合膜進行結(jié)構(gòu)分析,查明CeO2與SPEEK分子鏈上磺酸基團及羰基發(fā)生相互作用,Y2O3與SPEEK分子鏈上羰基發(fā)生配位反應(yīng),Y2O3與磺酸基團之間的相互作用強于前者膜中Ce
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