納米纖維增強質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)由于其能量轉(zhuǎn)換效率高、功率密度高、低溫啟動和無污染等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車動力能源、便攜式電源設(shè)備等方面。質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件之一，起到傳導(dǎo)質(zhì)子、分隔燃料和氧化劑并防止短路的作用。提高燃料電池的工作溫度可以有效改善燃料電池中水熱管理和催化劑中毒現(xiàn)象。但是，目前廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜(如Nafion系列

2、膜)的質(zhì)子傳導(dǎo)率依賴于水分的存在，在高于100℃工作時，膜的失水嚴重直接導(dǎo)致質(zhì)子傳導(dǎo)率的降低。同時，由于Nafion膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，限制了其最高有效工作溫度。
　　 本文通過靜電紡絲法制備了SiO2/PVDF復(fù)合納米纖維膜和SiO2納米纖維，并把SiO2/PVDF復(fù)合納米纖維膜和SiO2納米纖維作為一種增強體浸漬到全氟磺酸樹脂中得到復(fù)合質(zhì)子交換膜，旨在提高質(zhì)子交換膜的保水性能的同時增強膜的熱機械性能，從而提高在高溫下的質(zhì)

3、子電導(dǎo)率，改善電池的高溫工作性能。并在此基礎(chǔ)上研究了復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性和熱機械性能，考察了復(fù)合膜在不同溫度下質(zhì)子傳導(dǎo)性能。取得了以下結(jié)果：
　　 (1)采用靜電紡絲成功制備了納米復(fù)合纖維膜，30％SiO2/PVDF纖維表面光滑，單根纖維較直，納米纖維的直徑大約在500～800nm之間。將SiO2/PVDF納米復(fù)合纖維膜作為增強體制備成纖維分布均勻的SiO2/PVDF/Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜。通過TG、TMA測試表明SiO2/P

4、VDF/Nafion復(fù)合膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度得到提高，熱穩(wěn)定性明顯高于Nafion膜，水溶脹測試表明復(fù)合膜的尺寸穩(wěn)定性得到了提高，交流阻抗測試表明SiO2/PVDF/Nafion復(fù)合膜的電導(dǎo)率隨著纖維中SiO2的含量的增加而增高，最高可達到0.23S/cm-1。
　　 (2)采用重鑄法制備SiO2/Nafion短纖維增強復(fù)合質(zhì)子交換膜，SiO2納米纖維的直徑為300-600nm。TG、TMA測試表明SiO2納米纖維的加入可以有效提高