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《北京化工大学》 2017年
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燃料电池用质子交换膜结构与性能的实验研究

李丹  
【摘要】:随着化石能源的枯竭及环境保护需求的巨增,以燃料电池为动力的汽车的发展越来越迫切,对于燃料电池质子交换膜的研究在不断深入,力求能够得到性能良好的质子交换膜,以应用于电池系统中。近年来,全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜、无氟质子交换膜以及复合质子交换膜的研究都取得了可喜的进展,其中,利用Nafion或其它聚合物材料,很多研究者进行了静电纺丝工艺参数的探索,研究了利用静电纺丝来制备质子交换膜的方法,从而制备出质子电导率高、稳定性好、气体渗透率低的纤维膜。本课题在课题组之前成功纺丝Nafion纳米纤维的基础上,通过进一步探索实验条件,利用转辊与步进电机进行了实验参数的优化,实现了纤维膜接收的均匀性,得到了厚度均匀、形貌良好的纤维膜,并通过测定所得膜的厚度、质子电导率、拉伸强度、吸水率、溶胀率等性能,得到了优化条件下的Nafion纤维膜的各项性能。在此基础上,为了提高Nafion纤维膜的质子电导率、力学强度、水含量等性能,本课题还实验探索了在Nafion溶液中掺入氧化石墨烯(GO),以利用GO良好的分散性、与聚合物的兼容性,配制了 GO含量(wt)分别为0.05%、0.1%、0.2%的均匀混合溶液,并通过静电纺丝制备了GO/Nafion复合纤维膜,研究了 GO的掺杂方法以及不同含量时其在纳米纤维中的分散规律,通过测定拉伸强度、质子电导率等,研究了GO的掺入对Nafion纤维膜各项性能的影响。在静电纺丝法成功制备纳米纤维膜之后,本课题通过不同的后处理实验,包括水处理、填充基质堵孔以及热压处理的方法,研究了不同的成膜过程以及后处理对膜性能的影响。在本课题组之前的实验基础上,再次尝试了离心静电纺丝的方法,研究了不同聚合物材料(PVP、GO/Nafion、CDs/Nafion)的离心静电纺丝制备纤维膜的条件,期望结合纤维膜的后处理,获得比静电纺丝更高效率及更高质量的膜,从而为燃料电池质子交换膜的应用奠定基础。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM911.4;TQ425.23

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