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1、上海交通大学硕士学位论文直接甲醇燃料电池用全氟磺酸质子交换膜研究姓名：王立申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张永明20080101上海交通大学硕士学位论文摘要直接甲醇燃料电池用全氟磺酸质子交换膜研究摘要直接甲醇燃料电池（DMFC）以其高效、低排放、燃料储运方便，结构简单等特点，被认为可作为未来便携式电源的理想替代品。广泛用于DMFC的全氟磺酸质子交换膜（PFSPEM）的阻醇性能较差是严重制约DMFC发展的两大瓶颈问题之一。目前针对DMFC用的阻醇性能研究主要集中于单一离子交换容量（IEC）的商业化产品上。为了更好地解决PFSPEM在DMFC中的缺陷，本文通过改变膜IEC值的办
2、法，系统研究了不同IEC值PFSPEM的微观结构和宏观传递性能间的关系，为其在DMFC中的应用做出探索性的理论研究和数据积累。本文利用热压法，在不同温度的条件下，制备了不同IEC值的PFSPEM，利用DSC、ATR、XRD、SAXS等手段进行了表征，同时还测量了膜的含水率、体积溶胀度、电导率以及甲醇渗透率等。DSC曲线上有两个相转变峰，其中温度较低的相转变峰是由带SO2F基团的侧链运动造成的，且随IEC值的增大而降低。XRD衍射曲线表明随IEC值的增大和成膜温度的降低，膜的结晶度下降，主链结晶的规整性变差。SAXS表征结果表明膜内存在层状晶体结构，散射强度随IEC值的增大而变弱。膜的
3、含水率、体积溶胀度、电导率和甲醇渗透率均表现出相似的随IEC值的增大和成膜温度的下降而上升的趋势。这说明：（1）含水率和膜内传递性能之间有着密切关系；（2）高的结晶度和较好的结晶规整性第I页上海交通大学硕士学位论文摘要会导致传递性能下降。除此以外，不同使用温度条件下甲醇渗透率的测试结果说明甲醇渗透活化能随IEC值的增大而升高。电导率和甲醇渗透率均随膜厚度的增加而变大。关键词：全氟磺酸质子交换膜，微观结构，传递性能，电导率，甲醇渗透率第II页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTStudyofPerfluorosulfonatedProtonExchangeMembranesforD
4、irectMethanolFuelCellsABSTRACTDirectmethanolfuelcell(DMFC)ispresentlyconsideredakindofleadingcontenderforportableandmicropowerfortheadvantagesofhighefficiency,zeroemmssions,easyfuelcarriage,andsimpledesign.Oneseriousedrawbackofusingperfluorosulfonatedprotonexchangemembrane(PFSPEM)inaDMFCwasitsh
5、ighmethanolpermeability.Recently,most®studiesutilizedNafionPFSPEMofDupontcompany,whoseionexchangecapacity(IEC)wasbasicallyconstant,becausePFSPEMwithotherIECvalueswerenotsuppliedcommercially.Tosolvethisproblemofmethanolcrossover,westudytherelationshipbetweenmicrostructureandtransportpropertiesof
6、PFSPEMwithdifferentIECvalues.AseriesofPFSPEMswithdifferentIECvalueswerepreparedinthisstudybyhot-pressingmethodat240℃℃℃,260,280and300℃.ThesePFSPEMswerecharacterizedbyDSC,ATR,XRD,SAXSstudiesandthroughtheirwatercontent,volumeexpansion,conductivityandmethanolpermeability.TheDSCcurvesshowedtwotransi
7、tiontemperaturesfrom180℃to350℃,andthelowtransitiontemperature,whichwasattributetothemovementofsidechainwithSO2Fgroup,decreasedwithincreasingIECvalue.FromtheXRDprofiles,wefoundthatthecrystallinitydecreasedandtheperfectionofthecryst
