关键词：
质子交换膜燃料电池
纳米技术
电纺技术
sponge-nafion膜
聚丙烯腈
摘要：
环境保护和新能源开发已经成为关系着人类生存的大事情。质子交换膜燃料电池是将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置。而且因其能量转换效率高,无污染,被认为是一种前景广阔的新能源技术。质子交换膜作为燃料电池的核心组件起着传导质子,阻隔燃料和氧化剂的关键作用。但是由于全氟磺酸质子交换膜合成成本高,机械性能低等缺陷极大地限制了燃料电池的商业化应用。电纺技术是一种简单实用的制膜方法。而且纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、纤维直径均一性高等特点。针对质子交换膜现存的问题和电纺制膜技术的优点,本文尝试利用电纺技术制备了高孔隙率和高比表面,机械性能增强的海绵状质子交换膜(sponge-Nafion膜)。 首先制备了含不同助剂的sponge-Nafion膜。在助剂含量和电压条件下对sponge-Nafion膜形貌,含水率和溶胀率的影响。结果表明：(1)助剂聚丙烯腈(PAN)含量为10wt.%,电压为10KV,固化距离为15cm,制备的sponge-Nafion膜的表面形态规整、纤维直径均一且光滑;室温下膜的含水率达到了12.3%, Nafion膜的含水率高2.04%;溶胀率为11%,但是助剂为PVP时,电压12.2kV,固化距离为15cm,室温时制备的sponge-Nafion膜含水率为12.5%。但是随着温度和助剂含量的不断增加,sponge-Nafion膜尺寸变得愈不稳定,所以PAN为10wt.%时,sponge-Nafoin膜的物化性最好。然后再进一步进行sponge-Nafion膜的机械性能强化处理,以sponge-Nafion膜为骨架基底,静电喷雾制备了机械性能增强的sponge-Nafion膜,其破坏应力达到了25.67MP,比强化前的膜增加了10.02Mpa。 然后对强化后的sponge-Nafion膜的形貌和性能做了进一步的测试分析。SEM结构显示膜表面结构致密,有山坡型的凸起,没有直通孔,结构均一。EDS和IR测试技术对膜的元素组成和结构成分分析表明膜仍具备具有Nafion膜的物理性质。最后对sponge-Nafion膜和传统Nafion膜的含水率,质子电导率、甲醇渗透系数以及拉伸强度进行测试和分析比较。测试结果表明：sponge-nafion膜具有更加优异的含水率、机械性能和质子传导率。
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