一維無機納米材料增強質(zhì)子交換膜的制備與表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、低溫啟動和無污染等優(yōu)點。其中，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，起到傳導質(zhì)子、分隔燃料和氧化劑的雙重功能。但目前廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜的電導率十分依賴水，在高于100℃工作時，膜的失水會導致電導率的顯著降低。為改善膜的保水性能，研究者們做了很多這方面的工作，其中通過無機納米親水

2、粒子（SiO2，TiO2，ZrO2等）摻入全氟磺酸樹脂內(nèi)，是一個重要的方向。但這類方法容易導致膜的機械性能下降。本文通過向全氟磺酸樹脂內(nèi)添加具有一維孔道結(jié)構(gòu)的坡縷石，以及SiO2修飾的碳納米管，采用澆鑄法制備復合質(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)子電導率，改善電池的高溫工作性能。坡縷石由于具有一維納米孔道及較大的比面積，具有超強的吸水能力，從而有可能提高復合膜的含水率和保水性能。坡縷石

3、呈一維棒狀結(jié)構(gòu)，TG、DSC、TMA等測試表明其能有效提高膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，增強了復合膜的熱機械性能。水溶脹性能測試表明坡縷石能夠提高復合膜的保水性并提高尺寸穩(wěn)定性。交流阻抗測試表明復合膜的電導率得到提高，因此坡縷石的摻雜能有效增強復合膜的高溫工作性能。其次，制備了納米SiO2顆粒修飾碳納米管，用于增強質(zhì)子交換膜和提高膜的保水性能。納米SiO2顆粒既提高了復合膜的保水性能，又能阻斷碳納米管與電子的接觸，并由于復合膜中碳納米管含量較少，