電紡法制備PPESK離子交換膜及其性能研究.pdf

1、燃料電池(fuel cell)作為一種新型的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、啟動速度快、清潔無污染等優(yōu)點。作為燃料電池的核心部件之一，離子交換膜（如質(zhì)子交換膜和陰離子交換膜）主要起分隔陰陽兩極和傳遞H+/OH-離子的作用，膜性能對燃料電池的性能和壽命有至關(guān)重要的影響。
　　全氟磺酸膜（如Nafion）是目前商業(yè)壟斷的質(zhì)子交換膜，但存在甲醇滲透率高、價格昂貴、降解時易污染環(huán)境等缺點。開發(fā)非氟膜成為學術(shù)熱點，但非氟膜的主要問題是離子傳遞

2、通道狹窄且不連續(xù)、多死端，造成非氟膜的電性能低于Nafion。而與質(zhì)子交換膜相比，陰離子交換膜的堿性基團解離程度低、活動性差，電性能比非氟質(zhì)子交換膜更低，亟待提高。靜電紡絲法可以制備納米級荷電纖維，將其制備成離子交換膜，可以在膜中形成連續(xù)的離子傳遞通道，有效地傳遞離子，但目前存在電紡纖維與堵孔材質(zhì)不同引起的相容性問題。本文以聚芳醚砜酮(PPESK)為基材，采用同種材質(zhì)做電紡纖維和堵孔劑，制備電紡纖維質(zhì)子交換膜和陰離子交換膜，研究荷電纖維

3、對復合膜電性能及水溶脹性能的影響，國內(nèi)外少見報道。
　　本文首先利用靜電紡絲法制備了納米級磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)纖維，考察了紡絲條件對SPPESK纖維形貌的影響。隨紡絲液濃度增大，紡絲液粘度增大，纖維呈現(xiàn)液滴狀、串珠狀、連續(xù)狀纖維等不同形貌變化，纖維直徑也隨之增加，經(jīng)優(yōu)化以22.5wt％為紡絲濃度，以16kV為紡絲電壓。
　　進而，根據(jù)SPPESK在不同溶劑中的溶解性差異，采用SPPESK堵孔，制備了SPPESK纖維

4、膜，并通過改變SPPESK纖維的DS對膜性能進行優(yōu)化。80℃下DS104％纖維/DS87％堵孔制備的纖維膜的電導率可達186mS/cm，是DS104％澆鑄膜的1.1倍，也優(yōu)于Nafion115膜的電性能(167mS/cm)。纖維膜的溶脹度為30％，遠小于DS104％澆鑄膜。這說明纖維膜內(nèi)的SPPESK纖維不僅能提高質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性，有效傳遞質(zhì)子，并且還能限制膜的溶脹，可提高用于制備質(zhì)子交換膜的DS，從而提高電導率。
　　本文還