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摘要本文通过在细菌纤文素（BC）溶液中加入一定量的TiO2进行静电纺丝成功制备出一系列的BC/TiO2复合膜材料.得到的膜具有直径小，优良表面与体积比，大孔隙率，良好的机械性能，多元化架构和组成等优点,选择最佳的复合膜作为基体材料，与Nafion共混成功制备出BC/TiO2/Nafion复合膜作为质子交换膜材料，所得的复合膜相较于传统电池中的质子交换膜价格更加便宜，有更好的质子传导率和结构，延长了燃料电池的使用寿命与能量转换效率。利用XRD，SEM，FT-IR，XPS，TG等对复合膜进行表征。最后通过测试膜的吸水率，离子交换容量，孔隙率等膜的电化学性能。初步表明BC/TiO2/Nafion复合膜材料有望作为一种新型燃料电池离子交换膜。27623
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关键词 细菌纤文素 质子交换膜 静电纺丝 Nafion膜
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Bacterial cellulose /Nafion composite membrane assembled single battery Performance study
Abstract
Based on bacterial cellulose (BC) solution to add a certain amount of TiO2 in electrostatic spinning successful preparation of a series of BC/TiO2 composite film material.The film with a small diameter, high surface and volume ratio, large porosity, good mechanical performance, persified structure and composition of advantages,such as selecting the best composite membrane as matrix material, and Nafion blend success was the BC/TiO2 /Nafion composite membrane as a proton exchange membrane materials, the composite membrane compared with the traditional battery in proton exchange membrane cheaper prices, better proton conductivity and structure, extend the service life of the fuel cell and energy conversion efficiency. XRD, SEM, FT - IR, XPS, TG, etc. The composite film were characterized. Finally the test based on the water absorption, ion exchange capacity, porosity of membrane, such as electrochemical performance. Preliminary showed that the BC/TiO2/Nafion composite film material is expected as a new type of ion exchange membrane fuel cell.
Keywords Bacterial cellulose Proton exchange membrane Electrostatic spinning Nafion
目 次
1 引言 1
1.1 细菌纤文素概况 1
1.2 静电纺丝制备细菌纤文素膜 2
1.3 课题的研究意义 4
2 静电纺丝制备细菌纤文素膜 5
2.1 实验部分 5
2.2 复合膜的性能表征与测试 6
2.3 结果与分析 7
3 纤文素膜复合膜的膜性能测试 14
3.1 吸水率及其分析 14
3.2 离子交换容量 15
3.3 孔隙率及其分析 16
3.4 膜的质子导通率 17
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 引言
近年人类社会发展日益快速，随之而来的能源及与之相关的环境问题成为了人们最为关注的热点，各国都在按照本国的国情出发寻找解决它的办法。对我国来说，人口基数大，人均资源占有量相对小，其中尤以石油和水资源为最，这将在很大程度上制约着我国的可持续发展。为了缓解我国紧张的资源问题，又不影响到其经济发展，我们必须在减少资源过度开采的过程中寻找一种新能源代替化石燃料,如太阳能，氢能源等.同时提高对化石能源的利用率。尽量延长能源的利用周期。传统的化石颜料利用大多为热能转化为化学能，再有化学能转换为电能。其中化学能转化为电能的效率相对较低，而直接将化学能转化为电能可以通过燃料电池来实现[1]。因此，大力发展燃料电池及其相关技术，有助于缓解当前的能源危机。
燃料电池原理就是通过氧化还原反应将存在于燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能[2]。其是由电极，电解质隔膜与集电器等组成。质子交换膜燃料电池因具有工作温度低，启动快，功率密度高，结构简单，操作简单方便等优点，而成为了人们研究的热点[2]。并且也取得了一定的实际应用。如固定电站，电动车，军用特种能源，可移动电源等。质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池的核心部分，不但为氢离子提供了离子通道，也隔绝了两级的反应气体相互接触，防止了它们直接发生作用[3]。燃料电池对质子交换膜的要求：（1）良好的质子传导率，可以降低电池内阻，保证电流强度，提高质子通过率与电池效率；（2）水分子的电渗透作用与气体的渗透作用在膜中要尽量小。防止气体接触到电极表面发生氧化还原反应，影响电池效率；（3）电化学性能稳定，在酸性作用下不能降解；（4）具有较强的机械强度。