电纺法制备ppesk离子交换膜及其性能研究

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1、硕士学位论文电纺法制备PPESK离子交换膜及其性能研究PreparationandCharacterizationofPPESKIonExchangeMembranebyElectrospinning学21107051大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同

2、志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：鱼兰圭!差兰竖咝坐查查垂缝!i兰垒兰土垒鱼量盈窒作者签名：羔：!鱼萑日期：出年—厶月—红日人连理工人学硕士学位论文摘要燃料电池(fuelcell)作为一种新型的发电装置，具有能量转换效率高、启动速度快、清洁无污染等优点。作为燃料电池的核心部件之一，离子交换膜(如质子交换膜和阴离子交换膜)主要起分隔阴阳两极和传递H+幻H．离子的作用，膜性能对燃料电池的性能和寿命有至关重要的影响。全氟磺酸膜(如Nation)是目前商业垄断的质子交换膜，

3、但存在甲醇渗透率高、价格昂贵、降解时易污染环境等缺点。开发非氟膜成为学术热点，但非氟膜的主要问题是离子传递通道狭窄且不连续、多死端，造成非氟膜的电性能低于Nation。而与质子交换膜相比，阴离子交换膜的碱性基团解离程度低、活动性差，电性能比非氟质子交换膜更低，亟待提高。静电纺丝法可以制备纳米级荷电纤维，将其制备成离子交换膜，可以在膜中形成连续的离子传递通道，有效地传递离子，但目前存在电纺纤维与堵孔材质不同引起的相容性问题。本文以聚芳醚砜酮(PPESK)为基材，采用同种材质做电纺纤维和堵孔剂，制备电纺纤维质子交换膜和阴离子交换膜，研究荷电纤维对复

4、合膜电性能及水溶胀性能的影响，国内外少见报道。本文首先利用静电纺丝法制备了纳米级磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)纤维，考察了纺丝条件对SPPESK纤维形貌的影响。随纺丝液浓度增大，纺丝液粘度增大，纤维呈现液滴状、串珠状、连续状纤维等不同形貌变化，纤维直径也随之增加，经优化以22．5wt％为纺丝浓度，以16kV为纺丝电压。进而，根据SPPESK在不同溶剂中的溶解性差异，采用SPPESK堵孔，制备了SPPESK纤维膜，并通过改变SPPESK纤维的DS对膜性能进行优化。80℃下DS104％纤维／DS87％堵孔制备的纤维膜的电导率可达186mS／cm，是

5、DS104％浇铸膜的1．1倍，也优于Nation115膜的电性能(167mS／cm)。纤维膜的溶胀度为30％，远小于DS104％浇铸膜。这说明纤维膜内的SPPESK纤维不仅能提高质子传递通道的连续性，有效传递质子，并且还能限制膜的溶胀，可提高用于制备质子交换膜的DS，从而提高电导率。本文还对阴离子交换膜的制备及性能进行了探索。利用电纺法制备了昧唑功能化．聚芳醚砜酮(PPESK．ImCl)纤维，经优化以18wt％为纺丝浓度，以18kV为纺丝电压。随DC增加，PPESK．ImOH浇铸膜电导率随之增大，60℃下膜的电导率最高可达20mS／cm。为提高

6、电导率，用咪唑功能化．聚砜(PSF．ImCl)堵孑L制备的PPESK．ImOH／PSF．ImOH纤维膜60℃时电导率可达30mS／cm，是PPESK．ImOH浇铸膜的1．5倍。关键词：静电纺丝；聚芳醚砜酮；质子交换膜；阴离子交换膜；燃料电池。静屯纺丝法PPESK离子交换膜的制备及性能研究PreparationandcharacterizationofPPESKionexchangemembranebyelectrospinningAbstractAsanewpowerplant，fuelcellshavetheadvantagessuchash

7、ighenergyconversionefficiency，faststart·up，zeropollution．Asoneofthecorecomponentsoffuelcell，ionexchangemembrane(suchasprotonexchangemembraneandanionexchangemembrane)isprimarilyseparatescathodefromanodeandtransfersH+／OH。．Itsperformancehasacriticalinfluenceontheperformanceandl

8、ifetimeofruelcell．PerfluorinatedsulfonicacidmembranesrsuchasNation)arecurre