無(wú)機(jī)顆粒的形狀對(duì)質(zhì)子交換膜的保水性能及電導(dǎo)率的影響.pdf

1、近年來(lái)不含氟的質(zhì)子交換膜材料受到質(zhì)子交換膜燃料電池界的廣泛關(guān)注,其電導(dǎo)率的提高是材料發(fā)展的首要問(wèn)題。目前常見(jiàn)的方法之一是通過(guò)添加無(wú)機(jī)顆粒提高膜材料的保水性能,從而改善其導(dǎo)電性能。而大多數(shù)研究工作者的選擇是球狀的顆粒,也有少數(shù)研究者選擇纖維狀粒子。然而,因沒(méi)有具體的理論及實(shí)驗(yàn)分析,并沒(méi)有確切的證據(jù)指出這二者中哪一種的效果較佳。
　　本文以殼聚糖為起始原料,通過(guò)磷酸化反應(yīng)合成有一定電導(dǎo)率的生物膜材料,具有價(jià)格低,易降解且環(huán)保等特點(diǎn)。檢

2、測(cè)結(jié)果表明,所制備的膜有一定柔韌性,在熱性能上符合高溫質(zhì)子交換膜的要求,斷面微觀結(jié)構(gòu)平整,并且電導(dǎo)率較高。
　　在得到的磷酸化殼聚糖材料中分別添加球狀和纖維狀微米級(jí)顆粒,得到兩種類(lèi)型的膜,并且添加不同百分含量的顆粒,制備一系列的材料。以未添加任何無(wú)機(jī)顆粒的膜為空白對(duì)照,比較這二者的改善效果。TGA的結(jié)果指出,含有無(wú)機(jī)顆粒的復(fù)合膜材料在保水性能上有明顯的提高,且因檢測(cè)之前經(jīng)過(guò)加熱處理,該部分的水分為結(jié)合水。斷面SEM圖中,填充之后膜

3、沒(méi)有出現(xiàn)斷層現(xiàn)象,顆粒分布均勻。常溫下吸水率的比較中,二者都有改善作用,但球狀的對(duì)自由水的保留能力更強(qiáng)。電導(dǎo)率測(cè)試表明,改善效果隨溫度的變化而變化。小于100℃的范圍內(nèi)含有球狀顆粒的材料電導(dǎo)率是最高的,反之,高溫時(shí)含纖維狀顆粒的材料導(dǎo)電性能最好。
　　根據(jù)跳躍和運(yùn)載機(jī)理,本文針對(duì)所有材料提出了具體的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理。其中主要包含四條質(zhì)子傳導(dǎo)通道,依次為:以自由水為載體質(zhì)子的移動(dòng);自由磷酸分子之間質(zhì)子的跳躍遷移;結(jié)合水分子之間質(zhì)子的跳躍

4、遷移;固定的磷酸基團(tuán)之間質(zhì)子的跳躍遷移。同時(shí)分子鏈骨架對(duì)跳躍過(guò)程有明顯的影響。
　　從機(jī)理角度比較不同膜的傳導(dǎo)差異。總體上,球狀和纖維狀粒子的膜均出現(xiàn)微相分離,使得質(zhì)子傳導(dǎo)通道增多,促進(jìn)質(zhì)子轉(zhuǎn)移速率。另外,從TGA、吸水率和電導(dǎo)率的結(jié)果分析,探討出球狀的改善效果是通過(guò)提高自由水含量進(jìn)行的(即第一條質(zhì)子傳導(dǎo)通道),而纖維狀顆粒在結(jié)合水的保留能力更強(qiáng)些(即第三條質(zhì)子傳導(dǎo)通道),從而導(dǎo)致電導(dǎo)率的差別。最后通過(guò)Nemst-Einstein