新型纳米纤维复合质子交换膜的制备及其性能研究
发布时间：2023-02-23 20:01
质子交换膜燃料电池(PEMFC)越来越被研究者广泛关注,认定为未来时代汽车中可代替内燃机的一种清洁发电装置。究其原因是因为其独特的优势,如无污染排放、功率转化效率高等。质子交换膜(PEM)是该类型燃料电池的最关键组成之一,是一种可以防止阴阳两侧气体接触的隔膜。同时在燃料电池内部担任着传递质子的责任,质子在其中既是生成产物也是参与反应的物质,因此质子交换膜可以影响燃料电池的整体性能。传统商业化广泛应用的是全氟磺酸质子交换膜,但是受到成本高和性能不足的限制,直接影响了 PEMFC继续商业发展和深入的研究。对此制备出性能优异且低成本的质子交换膜成为了研究者们研究方向的一个重点方向,聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优异的特种材料,它的磺化产物-磺化聚醚醚酮(SPEEK)是非常有可能替代全氟磺酸树脂的一种材料。它被选择的原因是同时兼具较高的质子传导能力和具备良好的物理化学等性能。静电纺丝技术(electrospinning)制备纳米结构的纤维再扩展应用,一直以来都是我们实验室开展科研的重要基础。最近几年间将纳米纤维材料和结构和燃料电池领域相结合,用来制备更优性能的质子交换膜或其他部件的研究越来越多...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 质子交换膜燃料电池概述
1.1.1 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.1.2 质子交换膜燃料电池目前存在的问题
1.2 质子交换膜概述
1.2.1 质子交换膜简介
1.2.2 质子交换膜中质子传递机理研究
1.3 质子交换膜研究现状
1.3.1 全氟磺酸质子交换膜
1.3.2 部分氟化质子交换膜
1.3.3 无氟质子交换膜
1.3.3.1 磺化聚砜类质子交换膜
1.3.3.2 磺化聚芳醚酮类质子交换膜
1.3.3.3 磺化聚酰亚胺类质子交换膜
1.4 质子交换膜的制备工艺研究进展
1.4.1 传统质子交换膜制备工艺
1.4.2 新型纳米纤维结构质子交换膜制备工艺
1.4.2.1 溶液喷射纺丝技术制备质子交换膜
1.4.2.2 溶液静电纺丝技术制备质子交换膜
1.5 本课题研究内容及选题意义
第二章 实验测试设备与性能表征方法
2.1 物理性能表征测试
2.1.1 核磁共振氢谱测试(1H-NMR)
2.1.2 红外光谱分析(FT-IR)
2.1.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
2.1.4 热性能分析(TGA和DSC)
2.1.5 溶胀度、含水率的测定
2.1.6 机械强度拉伸测试
2.1.7 质子电导率测试
2.2 质子交换膜组装燃料电池及其电化学性能表征测试
2.2.1 质子交换膜组装燃料电池的步骤
2.2.2 电化学表征测试方法
2.2.2.1 单电池活化
2.2.2.2 极化曲线测试(V-I)的方法与条件
2.2.2.3 线性扫描测试(LSV)的方法与条件
2.2.2.4 电化学阻抗谱测试(EIS)的方法与条件
2.3 本章小结
第三章 SPEEK/PAN纳米纤维复合质子交换膜的物理性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验药品
3.2.2 实验仪器
3.2.3 样品的制备过程
3.2.3.1 聚醚醚酮的磺化流程
3.2.3.2 SPEEK/PAN复合质子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 SPEEK的红外光谱测试
3.3.2 SPEEK的核磁共振光谱测试
3.3.3 SPEEK/PAN复合质子交换膜的微观形貌
3.3.4 SPEEK/PAN复合质子交换膜的热性能分析
3.3.5 SPEEK/PAN复合质子交换膜的吸水溶胀率
3.3.6 SPEEK/PAN复合质子交换膜的拉伸机械性能
3.3.7 SPEEK/PAN复合质子交换膜的质子电导率
3.4 本章小结
第四章 SPEEK/PAN纳米纤维复合质子交换膜的单电池性能分析
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品
4.2.2 实验仪器
4.2.3 样品的制备过程
4.2.4 单电池的制备及电化学表征方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池的极化曲线(V-I)
4.3.2 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池的漏氢电流(LSV)
4.3.3 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱(EIS)
4.4 本章小结
第五章 Nafion/PTFE纳米纤维复合质子交换膜的初步探索
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验药品
5.2.2 实验仪器
5.2.3 样品的制备过程
5.3 结果与讨论
5.3.1 PTFE纳米纤维膜的形貌分析
5.3.2 PTFE纳米纤维膜的烧结条件探索
5.3.3 PTFE纳米纤维膜的红外光谱分析
5.3.4 Nafion/PTFE复合质子交换膜的热稳定性分析
5.3.5 Nafion/PTFE复合质子交换膜的质子电导率
5.3.6 Nafion/PTFE复合质子交换膜的吸水溶胀率
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
学术成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件
本文编号：3748660
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 质子交换膜燃料电池概述
1.1.1 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.1.2 质子交换膜燃料电池目前存在的问题
1.2 质子交换膜概述
1.2.1 质子交换膜简介
1.2.2 质子交换膜中质子传递机理研究
1.3 质子交换膜研究现状
1.3.1 全氟磺酸质子交换膜
1.3.2 部分氟化质子交换膜
1.3.3 无氟质子交换膜
1.3.3.1 磺化聚砜类质子交换膜
1.3.3.2 磺化聚芳醚酮类质子交换膜
1.3.3.3 磺化聚酰亚胺类质子交换膜
1.4 质子交换膜的制备工艺研究进展
1.4.1 传统质子交换膜制备工艺
1.4.2 新型纳米纤维结构质子交换膜制备工艺
1.4.2.1 溶液喷射纺丝技术制备质子交换膜
1.4.2.2 溶液静电纺丝技术制备质子交换膜
1.5 本课题研究内容及选题意义
第二章 实验测试设备与性能表征方法
2.1 物理性能表征测试
2.1.1 核磁共振氢谱测试(1H-NMR)
2.1.2 红外光谱分析(FT-IR)
2.1.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
2.1.4 热性能分析(TGA和DSC)
2.1.5 溶胀度、含水率的测定
2.1.6 机械强度拉伸测试
2.1.7 质子电导率测试
2.2 质子交换膜组装燃料电池及其电化学性能表征测试
2.2.1 质子交换膜组装燃料电池的步骤
2.2.2 电化学表征测试方法
2.2.2.1 单电池活化
2.2.2.2 极化曲线测试(V-I)的方法与条件
2.2.2.3 线性扫描测试(LSV)的方法与条件
2.2.2.4 电化学阻抗谱测试(EIS)的方法与条件
2.3 本章小结
第三章 SPEEK/PAN纳米纤维复合质子交换膜的物理性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验药品
3.2.2 实验仪器
3.2.3 样品的制备过程
3.2.3.1 聚醚醚酮的磺化流程
3.2.3.2 SPEEK/PAN复合质子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 SPEEK的红外光谱测试
3.3.2 SPEEK的核磁共振光谱测试
3.3.3 SPEEK/PAN复合质子交换膜的微观形貌
3.3.4 SPEEK/PAN复合质子交换膜的热性能分析
3.3.5 SPEEK/PAN复合质子交换膜的吸水溶胀率
3.3.6 SPEEK/PAN复合质子交换膜的拉伸机械性能
3.3.7 SPEEK/PAN复合质子交换膜的质子电导率
3.4 本章小结
第四章 SPEEK/PAN纳米纤维复合质子交换膜的单电池性能分析
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品
4.2.2 实验仪器
4.2.3 样品的制备过程
4.2.4 单电池的制备及电化学表征方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池的极化曲线(V-I)
4.3.2 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池的漏氢电流(LSV)
4.3.3 SPEEK/PAN纤维复合质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱(EIS)
4.4 本章小结
第五章 Nafion/PTFE纳米纤维复合质子交换膜的初步探索
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验药品
5.2.2 实验仪器
5.2.3 样品的制备过程
5.3 结果与讨论
5.3.1 PTFE纳米纤维膜的形貌分析
5.3.2 PTFE纳米纤维膜的烧结条件探索
5.3.3 PTFE纳米纤维膜的红外光谱分析
5.3.4 Nafion/PTFE复合质子交换膜的热稳定性分析
5.3.5 Nafion/PTFE复合质子交换膜的质子电导率
5.3.6 Nafion/PTFE复合质子交换膜的吸水溶胀率
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
学术成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件
本文编号：3748660
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