摘 要
质子交换膜作为燃料电池的核心组件，其性能直接影响电池的整体效率与稳定性。本文旨在开发一种新型复合型质子交换膜，并通过系统表征其物理化学性质与电化学性能，评估其在燃料电池中的应用潜力。研究采用溶液浇铸法结合表面改性技术制备了基于磺化聚醚砜（SPES）与纳米二氧化钛（TiO₂）复合的质子交换膜材料，并通过调控TiO₂的掺杂比例优化膜的微观结构与性能。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、交流阻抗谱（EIS）及单电池测试等手段对膜的结构、热稳定性、吸水率、质子传导率及电池输出性能进行了全面分析。实验结果表明，适量TiO₂的引入可有效提升膜的质子传导能力与机械强度，在80℃下，最优配比样品的质子电导率达到0.12 S/cm，显著高于商用Nafion 117膜。此外，该膜在长时间运行中表现出良好的稳定性与较低的溶胀率。本研究的创新点在于提出了一种简便可控的复合膜制备方法，并揭示了纳米填料含量与膜性能之间的构效关系，为高性能、低成本质子交换膜的设计与开发提供了理论依据与实验支持。关键词
质子交换膜；磺化聚醚砜；纳米二氧化钛；质子传导率；复合材料
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 本文研究内容与技术路线 2
2 质子交换膜的制备方法研究 2
2.1 溶液浇铸法制备Nafion膜工艺优化 2
2.2 热压成型法制备复合质子交换膜 2
2.3 原位聚合法制备功能化膜材料 3
2.4 制备工艺对膜结构的影响分析 4
3 质子交换膜的结构表征与分析 4
3.1 膜材料的形貌与微观结构表征 4
3.2 膜的结晶性与热稳定性分析 5
3.3 官能团分布与化学结构解析 5
3.4 元素组成与界面相互作用研究 6
4 质子交换膜的关键性能测试与评估 7
4.1 膜的质子电导率测定与比较 7
4.2 吸水率与溶胀率的性能分析 7
4.3 机械强度与耐久性测试评价 8
4.4 膜在燃料电池中的实际应用表现 8
结论 10
参考文献 11
致 谢 12
