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试议电导率碱处理PVDF制备质子交换膜

最后更新时间:2024-03-15 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:18601 浏览:81908
论文导读:程中,首先定量探讨了质子膜的接枝率,结果表明采取α-苯乙烯作为接枝单体比苯乙烯更有优势;在反复热压的历程中膜的接枝率有较大程度提升,最大可达29.13%。溶胀性能测试表明PVDF已成功磺化。XRD和DSC测试结果表明PVDF的主链结构在改性前后基本没发生变化,晶体结构由有序向无序转变,增加了其非晶态区域,以而增强了膜的导电
摘要:质子交换膜可以在燃料电池中充当质子交换的媒介,它在燃料电池内部起着非常重要的作用,由此对它的探讨也备受人们关注。目前该领域的探讨热点是研发低成本、高性能的膜材料。本论文通过溶液成膜法和热压成膜法及相应的碱处理,接枝和磺化工艺制备质子交换膜。溶液成膜法是通过直接碱处理聚偏氟乙烯(PVDF)粉末然后在溶液中接枝对苯乙烯磺酸钠单体(SSS),该策略制备质子膜的历程中,论文以碱浓度和碱处理时间对其性能的影响展开,系统探讨了质子膜的溶解性能、电学性能、IEC值、机械性能和表面形貌,为质子膜的制备和性能提升提供了论述依据。热压成膜法是通过碱处理PVDF热压膜然后接枝a-苯乙烯单体,随后加入浓硫酸进行磺化;论文以α-苯乙烯单体的含量及热压频率对质子膜性能的影响及变化展开,对定量探讨热压膜的相关性能提供了论述支撑,系统表征了质子膜的接枝率、溶胀率、IEC值、电学性能、晶型结构、分子链结构、机械性能和形貌特点。在溶液成膜法制备质子膜的历程中,首先浅析了质子膜的官能团结构变化,FT-IR测试结果表明碱处理后有显著的碳碳双键和微量的碳碳三键形成,并且成功引入了对苯乙烯磺酸钠单体。膜电导率可达0.024S.cm-1,与Nafion膜较接近,且线性曲线与Nafion膜相比均较规整。IEC值最大可达3.87,并且其变化走势与电导率的变化走势是一致的。SEM和溶胀率的测试表明改性后膜相对于纯的PVDF膜仍具有海绵状的微结构聚合物网络状结构,膜表面的微孔分布更加紧密,均一,并且改性后溶胀率大幅度增加。在热压成膜法制备质子膜的历程中,首先定量探讨了质子膜的接枝率,结果表明采取α-苯乙烯作为接枝单体比苯乙烯更有优势;在反复热压的历程中膜的接枝率有较大程度提升,最大可达29.13%。溶胀性能测试表明PVDF已成功磺化。XRD和DSC测试结果表明PVDF的主链结构在改性前后基本没发生变化,晶体结构由有序向无序转变,增加了其非晶态区域,以而增强了膜的导电性能。该策略制备出的质子膜具有较好的电学性能和机械性能;电导率可达0.018S/cm,并且反复热压能够提升膜的电学性能;拉伸强度最大可达45.38MPa,相对于溶液成膜法有较大程度的提升。SEM测试结果表明,纯的PVDF热压膜和强碱处理后的膜结构相对致密且均一,变化不大;接枝后膜的表层呈现聚合物团块状的结构;磺化后的膜表面变的更加平整、均一,并且团聚物也大量减少。通过背散射电子测试说明在质子膜中聚合物为均一的相态并分布在整个膜中,并没有发生微相分离现象。以上测试结果表明碱处理PVDF制备质子交换膜是一种较好的策略,它对制备高性能质子交换膜具有重要作用。关键词:碱处理论文聚偏氟乙烯论文热压膜论文接枝论文磺化论文电导率论文机械性能论文
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Abstract7-12
第一章 文献综述12-33

1.1 引言12

1.2 燃料电池概述12-13

1.2.1 燃料电池的分类与运用13

1.3 质子交换膜燃料电池概述13-16

1.3.1 质子交换膜燃料电池的进展14

1.3.2 质子交换膜燃料电池的优势14-15

1.3.3 质子交换膜燃料电池的工作原理15-16

1.4 质子交换膜概述16-21

1.4.1 全氟磺酸质子交换膜16-18

1.4.2 磺化聚苯乙烯质子交换膜18-19

1.4.3 磺化聚芳醚酮/砜质子交换膜19-21

1.5 含氟磺酸型质子交换膜的探讨进展21-22

1.6 以PVDF为基材制备质子交换膜22-31

1.6.1 PVDF直接磺化制备质子交换膜23

1.6.2 PVDF中掺杂无机杂化材料制备质子交换膜23-24

1.6.3 互穿网络法制备质子交换膜24-25

1.6.4 PVDF接枝单体后制备质子交换膜25-27

1.6.4.1 辐射法接枝制备质子膜25-26

1.6.4.2 原子转移自由基聚合法(ATRP)制备质子交换膜26-27

1.6.4.3 等离子体接枝改性PVDF膜27

1.6.5 碱处理PVDF接枝单体制备质子交换膜27-31

1.6.5.1 碱处理PVDF颜色变化的机理27-28

1.6.5.2论文导读:XRD浅析372.3.3DSC测试372.3.4溶胀率测试372.3.5溶解性能测试372.3.6接枝率的测定37-382.3.7膜机械性能的测试382.3.8膜电导率和电化学性能测试382.3.9SEM测试38-392.3.10离子交换容量(IEC)的测定39-40第三章结果与讨论40-643.1碱处理PVDF接枝对苯乙烯磺酸质子交换膜的结构与性能40-503.1.1碱处理PVDF粉体接枝对
碱处理PVDF后分子结构变化机理28-30

1.6.5.3 碱处理后接枝单体的选择30-31

1.7 选题目的及作用31-33

第二章 实验部分33-40

2.1 实验原料及仪器33-34

2.2 碱处理PVDF质子交换膜的制备34-36

2.1 碱处理PVDF粉末接枝对苯乙烯磺酸质子膜的制备34-35

2.2 碱处理热压型PVDF质子膜的制备35-36

2.3 碱处理质子交换膜的测试与表征36-40

2.3.1 FT-IR测试(红外测试)36-37

2.3.2 XRD浅析37

2.3.3 DSC测试37

2.3.4 溶胀率测试37

2.3.5 溶解性能测试37

2.3.6 接枝率的测定37-38

2.3.7 膜机械性能的测试38

2.3.8 膜电导率和电化学性能测试38

2.3.9 SEM测试38-39

2.3.10 离子交换容量(IEC)的测定39-40

第三章 结果与讨论40-64

3.1 碱处理PVDF接枝对苯乙烯磺酸质子交换膜的结构与性能40-50

3.

1.1 碱处理PVDF粉体接枝对苯乙烯磺酸质子膜的表征40-41

3.

1.2 膜的溶解性能探究41-42

3.

1.3 膜电学性能浅析42-45

3.

1.3.1 膜电导率变化浅析42-44

3.

1.3.2 电导率高频区曲线图44-45

3.

1.4 离子交换容量(IEC)浅析45-46

3.

1.5 膜的机械性能浅析46-48

3.

1.6 膜的形貌浅析48-50

3.2 碱处理热压PVDF质子交换膜的性能表征50-64
3.

2.1 不同含量的单体对接枝率的影响51-52

3.

2.2 热压频率对膜接枝率的影响52-53

3.

2.3 接枝率对膜IEC值的变化影响53-54

3.

2.4 热压频率对磺化热压膜溶胀性能的影响54-55

3.

2.5 热压膜的晶型结构探讨55-56

3.

2.6 热压膜的热性能浅析56-58

3.

2.7 热压膜的机械性能浅析58-59

3.

2.8 热压膜的电学性能浅析59-61

3.

2.8.1 电导率高频区曲线图59-61

3.

2.8.2 热压膜的电导率变化表61

3.

2.9 热压膜的形貌浅析61-64

结论64-66
参考文献66-73
发表文章及科研成果73-74
致谢74