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阐述质子SPPESK/PWA与其表面改性质子交换膜制备书写

收藏本文 2024-01-24 点赞:19952 浏览:84754 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的核心组件。商业化的Nafion膜有较高的化学稳定性,但是成本较高,燃料渗透严重,高温质子传导率下降较快,难以满足膜在高温低湿条件下的操作要求。磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)是一种性能优异的非氟磺酸膜材料,用其制备的SPPESK膜具有良好的耐溶胀性和较低的甲醇渗透性,但是其质子传导率较相同磺化度的其他磺化材料稍低,有待进一步提升。对聚合物膜的有机及无机改性是提升膜综合性能的有效策略。本论文将高质子传导性和高热稳定性的无机固体磷钨酸(PWA)掺入SPPESK中制备有机无机杂化膜,进一步提升膜的质子传导率。在此基础上,在杂化膜表面原位聚合聚苯胺层或聚吡咯层,限制PWA的流失,减少PWA流失导致的质子传导率的降低,提升膜的耐溶胀性和机械性能,得到综合性能更好的SPPESK复合膜。为进一步提升SPPESK膜的质子传导率,对SPPESK进行PWA掺杂,制备了不同掺杂量的系列SPPESK/PWA有机无机杂化质子交换膜。PWA与SPPESK掺杂比为5:5的杂化膜吸水率为185%-192%,比SPPESK原膜提升近1.5倍;20℃质子传导率达到0.085S/cm,比原膜提升了近1.5倍,接近于原膜在90℃下的质子传导率;但常温水中浸泡20天后质量流失率为6.96%,高于SPPESK原膜。为限制PWA的流失,对SPPESK/PWA杂化膜表面进行聚苯胺改性制备复合膜。复合膜溶胀度显著降低,质子传导率略有下降。聚合苯胺5次的复合膜90℃时的溶胀度只有13%,仅为杂化膜的1/3;质子传导率为0.133S/cm,低于聚合前杂化膜,但比同温度下SPPESK原膜提升28%;常温质量流失率为0.32%,比杂化膜(5.39%)低一个数量级,高温浸泡后质量流失率为20.38%,比杂化膜减少42%。为进一步限制PWA高温时的流失,对杂化膜表面进行聚吡咯改性制备复合膜。复合膜溶胀度显著降低,质子传导率略有下降,但质量流失率显著降低。聚合吡咯5次的复合膜90℃时的溶胀度只有16%,为杂化膜的41%;质子传导率为0.113S/cm,低于聚合前杂化膜,但仍高于同温度下SPPESK原膜;常温流失率为0.26%,基本与SPPESK原膜相同,高温质量流失率为9.51%,仅为杂化膜的1/4,比相同聚合次数的聚苯胺复合膜低53%;拉伸强度为33.48MPa,比杂化膜提升130%,比相同聚合次数的聚苯胺复合膜提升68%,达到SPPESK原膜的3倍。关键词:磺化聚芳醚砜酮论文磷钨酸论文杂化论文表面聚合论文质子交换膜燃料电池论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    引言10-11

    1 文献综述11-26

    1.1 质子交换膜燃料电池11-14

    1.1.1 燃料电池介绍11-12

    1.1.2 质子交换膜燃料电池介绍12-14

    1.2 质子交换膜14-20

    1.2.1 质子交换膜的性能要求14

    1.2.2 常见质子交换膜介绍14-18

    1.2.3 质子交换膜的改性探讨18-20

    1.3 杂多酸及杂多酸/聚合物杂化膜20-22

    1.3.1 杂多酸介绍20-21

    1.3.2 杂多酸/聚合物杂化膜21-22

    1.4 聚苯胺和聚吡咯及其在质子交换膜中的运用22-24

    1.4.1 聚苯胺和聚吡咯介绍22-23

    1.4.2 聚苯胺和聚吡咯在质子交换膜中的运用23-24

    1.5 论文选题作用和探讨内容24-26

    2 SPPESK/PWA杂化质子交换膜的制备与探讨26-39

    2.1 实验部分26-30

    2.1.1 实验药品及试剂26

    2.1.2 实验仪器及设备26-27

    2.1.3 SPPESK的合成及磺化度测定27-28

    2.1.4 SPPESK/PWA杂化膜的制备28-29

    2.1.5 SPPESK/PWA杂化膜的表征及性能测试29-30

    2.2 结果与讨论30-38

    2.2.1 杂化膜的微观形貌30-32

    2.2.2 杂化膜的吸水率和溶胀度32-34

    2.2.3 杂化膜的质子传导率34-35

    2.2.4 膜中磷钨酸的质量流失35-36

    2.2.5 杂化膜的力学性能36-37

    2.2.6 杂化膜的热稳定性37-38

    2.7 本章小结38-39

    3 SPPESK/PWA-PANI复合质子交换膜的制备与探讨39-49

    3.1 实验部分39-40

    3.1.1 实验药品及试剂39

    3.1.2 实验仪器及设备39-40

    3.1.3 SPPESK/PWA-PANI复合膜的制备40

    3.1.4 SPPESK/PWA-PANI复合膜的表征及性能测试40

    3.2 结果与讨论40-48

    3.2.1 复合膜的微观形貌40-42

    3.2.2 复合膜的吸水率和溶胀度42-44

    3.2.3 复合膜的质子传导率44-45

    3.2.4 膜中磷钨酸的质量流失45-46

    3.2.5 复合膜的力学性能46-47

    3.2.6 复合膜的热稳定性47-48

    3.3 本章小结48-49

    4 SPPESK/PWA-PPy复合质子交换膜的制备与探讨49-60

    4.1 实验部分49-50

    4.1.1 实验药品及试剂49

    4.1.2 实验仪器及设备49-50

    4.1.3 SPPESK/PWA-PPy复合膜的制备50

    4.1.4 SPPESK/PWA-PPy复合膜的表征及性能测试50

    4.2 结果与讨论50-58

    4.2.1 复合膜的微观形貌50-52

    4.2.2 复合膜的吸水率和溶胀度52-54

    4.2.3 复合膜的质子传导率54

    4.2.4 膜中磷钨酸的质量流失54-56

    4.2.5 复合膜的力学性能56-57

    4.2.6 复合膜的热稳定性57

    4.2.7 聚苯胺复合膜和聚吡咯复合膜性能比较57-58

    4.3 本章小结58-60

    结论60-61

    论新点及展望61-62

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