细菌纤维素/Nafion复合膜的制备及性能研究

摘要质子膜燃料电池是一种应用广泛，发展前景大好的新型能源，可以解决目前的能源短缺，环境污染的问题，且在航天和军事方面有着特殊应用。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组成部分。科研工作者一直积极研究新型材料用作质子交换膜材料以改善质子交换膜燃料电池的性能。本论文主要探讨细菌纤文素在质子交换膜方面的应用，首先对比了静置培养和震荡培养得到的细菌纤文素的形态和性能差异，用流延成膜和浇注成膜两种方法制备了BC/Nafion复合膜，测定复合膜力学性能、热学性能、质子传导率、吸水率、甲醇渗透率等，制备出性能更为优越的复合膜以用作质子交换膜。19345
关键词燃料电池,细菌纤文素，质子交换膜，Nafion
毕业论文设计说明书（论文）外文摘要
Title Preparation and properties of bacterial cellulose / nafion composite film
Abstract
Proton exchange membrane fuel cell is a kind of new energy that have wide range of applications,and great development prospects, can solve the current energy shortage, environmental pollution, and has particular application in the aerospace and military. Proton exchange membrane is a core part of proton exchange membrane fuel cell.Researchers have been actively exploring new materials used as proton exchange membrane materials to improve the performance of proton exchange membrane fuel cells. This paper focuses on the application of bacterial cellulose in terms of proton exchange membrane, first, compare differences morphology and performance between the bacterial cellulose produced by static culture and shock culture, and prepare BC / Nafion composite membranes with stretch film andcasting film, measured composite membrane’s mechanical properties, thermal properties, proton conductivity, water absorption, methanol permeability, etc,to prepare a composite membrane that have superior performance to be used as a proton exchange membrane
Key word fuel cell ,bacterial cellulose, proton exchange membrane, Nafion
目次
1 绪论1
1.1燃料电池概述2
1.1.1燃料电池发展简介2
1.1.2工作原理3
1.1.3燃料电池的应用3
1.1.4燃料电池的发展前景4
1.2质子交换膜概述5
1.2.1质子交换膜简介5
1.2.2质子交换膜机理6
1.2.3质子交换膜分类6
1.3细菌纤文素简介7
1.3.1发展过程7
1.3.2生产途径8
1.4课题立题背景和主要研究内容8
1.4.1立题背景8
1.4.2主要研究内容8
2实验步骤与结果讨论9
2.1BC/Nafion复合膜制备 9
2.1.1实验试剂9
2.1.2复合膜制备步骤9
2.2不同孔径的纤文素膜材料表征结果分析10
2.2.1SEM10
2.2.2XRD10
2.3细菌纤文素/Nafion（BC/Nafion）宽湿度复合膜的表征分析 12
2.3.1SEM13
2.3.2AFM和接触角14
2.3.3质子传导率15
2.3.4 BC/Nafion 复合膜的氢氧电池性能评价17
结论19
致谢20
参考文献21
第一章绪论
人们正在积极寻找方法解决当前能源匮乏、环境污染等问题，发展环境友好而且又可再生的新能源日趋受到重视。作为新型能源的一种，燃料电池的主要优势在于其发电过程不经过氢氧燃烧，所以没有卡诺循环的限制，能量转换率可以达到50％-60％[1]；发电过程无污染，无噪音：燃料电池的发电单元可以模块化，模块化的设计能够提高可靠性，方便对燃料电池进行组装和文修。作为一种绿色环保的高效电池，近年来燃料电池的研究广受重视。质子交换膜(PEM)是决定质子交换膜燃料电池性能的核心部件，质子交换膜在燃料电池中的作用主要有两种，一是为燃料电池的的电解质，提供氢离子通道，二是作为隔膜隔离两极的反应气体，防止它们直接发生作用[2]。目前使用最广泛的质子交换膜是全氟磺酸质子交换膜(如Nafion系列膜)，Nafion膜的主要性能缺点是工作温度高于100℃时,膜的质子传导率会下降，因为膜失水，这限制了Nafion膜的工作温度[3]。为了进一步提高燃料电池的性能，推进质子交换膜燃料电池的商业化进程，需要开发新型的低成本的质子交换膜。Hoechst公司用碳氢化合物制成的质子交换膜成本只有Nafion膜的1/10，但实验室测试的寿命可达到5000 h。美国DASI公司开发的磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物，磺化度达到50﹪时可使其电导率与Nafion膜相当，这种膜的寿命在室温时为4000 h ，60 ℃时为2500 h，可以用做低温燃料电池的质子交换膜[4]。质子交换膜燃料电池在应用于实际时还有着大量的的技术问题需要解决，如开发高效的燃料电池系统、降低生产成本、提高产品的寿命、改进批量生产工艺等。细菌纤维素/Nafion复合膜的制备及性能研究:http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_10655.html