Nafion-Na-X沸石復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、現(xiàn)今，能源和環(huán)境問(wèn)題成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池以能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料廣泛、可再生及污染低的優(yōu)點(diǎn)受到世界各國(guó)的青睞。質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件是質(zhì)子交換膜，目前使用最廣的是美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜。為了提高其在高溫和低濕度條件下的質(zhì)子傳導(dǎo)能力,降低甲醇滲透率，無(wú)機(jī)物改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜成為研究的熱點(diǎn)。沸石因其具有多孔，高比表面積及良好的吸水性和離子交換能力成為最具潛力的無(wú)機(jī)物填充物。
　　在本文中，我

2、們使用具有多孔，高比表面積及良好的吸水性和離子交換能力Na-X型對(duì)Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜進(jìn)行改性，制備出綜合性能優(yōu)越的復(fù)合質(zhì)子交換膜。
　　本文采用水熱合成法合成了了三種具有不同鋁硅比的亞微米級(jí)(200~300nm)Na-X沸石,分別是低鋁硅比沸石(0.75:4.25),正常鋁硅比沸石(1:4)和高鋁硅比沸石(1.25:3.75)，并通過(guò)溶液重鑄法制備出相應(yīng)的 Nafion復(fù)合膜。XRD、SEM、FT-IR、TGA-DSC、B

3、ET等分析方法分析了沸石和復(fù)合膜的性能，并對(duì)復(fù)合膜的吸水性和質(zhì)子交換容量進(jìn)行了測(cè)試。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高比表面積和親水基數(shù)量的沸石有利于質(zhì)子交換膜的吸水性和質(zhì)子交換容量的提高，小的孔隙半徑有利于阻止燃料的滲透。隨著鋁含量的增加，沸石中親水基的數(shù)量，孔容和孔隙半徑增加，比表面積減小，其中低鋁硅比沸石(0.25:4.25)的比表面積達(dá)到1175.7m2·g-1，孔隙半徑為1.21nm.沸石的吸水性受親水基數(shù)量和比表面積的影響，其中正

4、常鋁硅比沸石(1:4)的親水基數(shù)量和比表面積有良好的平衡點(diǎn)，因此吸水性最強(qiáng)，吸水率為26.72％.合成的Na-X沸石對(duì)Nafion質(zhì)子交換膜均有較好的改進(jìn)效果。沸石改性的Nafion膜的吸水性均高于未改性的Nafion膜，其中正常鋁硅比(1:4)的沸石改性的質(zhì)子交換膜的吸水率最高，達(dá)到26.45%，良好的吸水性有利于質(zhì)子的傳導(dǎo)。沸石對(duì)質(zhì)子交換膜的離子交換能力也有很大的提高，一方面沸石的高比表面積增加了磺酸基和質(zhì)子的接觸量，另一方面沸石引