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《納米復(fù)合含硅質(zhì)子交換膜結(jié)構(gòu)和性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要全氟磺酸膜(Nation膜)作為目前商業(yè)化性能最好的膜之一仍然占據(jù)著質(zhì)子交換膜的主導(dǎo)地位，但是，耐高溫性能差是制約其進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前，采用原位復(fù)合法制備有機(jī)．無(wú)機(jī)納米材料復(fù)合質(zhì)子交換膜是高溫質(zhì)子交換膜研究的一個(gè)熱點(diǎn)。但是，采用該法所制備的Nafion／Si02復(fù)合膜仍然存在很多問(wèn)題，影響了復(fù)合膜性能的繼續(xù)改進(jìn)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上深入探討了Nation／Si02復(fù)合膜制備工藝參數(shù)對(duì)膜性能的影響，通過(guò)膜的物理性能、電化學(xué)性能以及單電池性能測(cè)試研究了復(fù)合膜的耐高溫性，設(shè)計(jì)了Nafion／Si02復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)復(fù)合膜的性能進(jìn)行了理論分析
2、。此外，在降低質(zhì)子交換膜的成本的基礎(chǔ)上，探討了Nation／Si02／PTFE復(fù)合膜用于高溫燃料電池的可行性。取得了如下成果：(1)Nafion／Si02復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度低于Nation膜，其主要原因在于Nation膜在經(jīng)乙醇浸泡后拉伸強(qiáng)度的降低。考慮到含硅率對(duì)拉伸強(qiáng)度的負(fù)面影響，Nation膜在乙醇和水的混合溶液中的浸泡時(shí)間在30min以內(nèi)較好。在原位合成步驟中，Nation膜經(jīng)過(guò)乙醇和水的混合溶液浸泡后，表面的水分對(duì)復(fù)合膜的Si的分布有影響，除去膜表面的水分再浸入到正硅酸乙酯／乙醇混合溶液中可以有效改善Si02在膜內(nèi)的梯度分布的狀況。(2)Nationll35／Si02復(fù)合膜的玻璃
3、化轉(zhuǎn)變溫度最高可以達(dá)到189℃，而Nationll35膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度只有130℃左右。N撕onll35／Si02復(fù)合膜和Nafionll35膜的含水率都隨溫度的升高而增加，溫度達(dá)到100℃時(shí)，Nationl135／Si02復(fù)合膜的含水率為34．8％，而Nationl135膜的含水率只有26．5％；溫度為100℃，相對(duì)濕度60％的時(shí)候，Nafionll35膜的脫水率為45．26％，而含硅率10％的Nationl135／S102復(fù)合膜的脫水率只有32．16％；100℃時(shí)，干態(tài)的Nafion／Si02復(fù)合膜在相對(duì)濕度為60％時(shí)的吸水率是同樣狀態(tài)下Nationl135膜的7倍。當(dāng)電池溫度達(dá)
4、到110。C時(shí)，Nationll35膜的運(yùn)行曲線呈劇烈振蕩樣式，不能穩(wěn)定運(yùn)行，而Nafionl135／S102復(fù)合膜還能夠在電流密度為600mA／cm2，電壓O．6V的條件下穩(wěn)定運(yùn)行。說(shuō)明Nafionl135／S102復(fù)合膜具有更好的抗低濕、耐高溫性能。(3)通過(guò)紅外光譜和核磁共振的研究表明采用原位復(fù)合的方法制備的武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文Nafion／Si02復(fù)合膜中的Si02的納米結(jié)構(gòu)含有一定的親水基團(tuán)(Si．OH)，且以交聯(lián)和半交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主。小角X射線衍射和截面切片透射電鏡的研究表明Si02分布在的Nation團(tuán)簇中，且有部分Si02以晶態(tài)形式存在．，Si02顆粒的粒徑在5—
5、10rim之間。設(shè)計(jì)了Nafion／Si02復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)復(fù)合膜的性能進(jìn)行了理論分析。(4)采用負(fù)壓浸漬的方法可以制得填充度較好的Nafion／Si02／PTFE復(fù)合膜，Nafion／Si02／PTFE復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和截面電導(dǎo)率與Nafion／PTFE復(fù)合膜相差不大，但是拉伸強(qiáng)度均比厚度相近的N撕on的高，而且Nafion／Si02／PTFE復(fù)合膜具有較高的含水率。TG．DSC分析中可以看到Nafion／Si02JPTFE復(fù)合膜在30．1200C的溫度范圍內(nèi)失水速度明顯低于Nafion／PTFE復(fù)合膜。因而Nafion／Si02／PTFE復(fù)合膜具有較好的高溫燃料電池的應(yīng)用
6、前景。關(guān)鍵詞：燃料電池；原位合成；Nafion／Si02復(fù)合膜；Nafion／Si02／PTFE復(fù)合膜；結(jié)構(gòu)；性能；Ⅱ武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractPerfluorosulfonatedacidmembrane(i．e．Nationmembrane)stillplaysaleadingroleincommerciallyavailablemembranesforitsexcellentproperty,buttheweaknessinrde,htemperaturepropertyisakeyfactorofblockingitsdevelopment．Nowadays,Na
7、fion／Si02compositemembraneviain-situsynthesisCanimprovethehightemperaturepropertyeffectively．Buttherearemanyproblemsregardingin—sinsynthesizingofNafion／Si02compositemembrane，whichalsoaffectstheimprovementofthepropertiesofthe
