蒙脫土改質高分子電解質薄膜研究

The Modification of Nafion membrane with intercalated clay

劉哲原(Che-Yuan Liu)

指導教授 ： 洪信國

元智大學/工程學院/化學工程與材料科學學系/碩士(2003年)

摘要

本研究主要目的以改質蒙脫土改善磺酸化薄膜操作溫度低、水之溼潤不足等不良及衍生之問題等缺點，分別以聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯基砒硌烷酮（PVP）層間插入蒙脫土與磺酸化薄膜以真空熱壓成為複合電解質薄膜，工作主要包括含水率、交流阻抗儀對薄膜離子導電度之測量、萬能拉力試驗機對薄膜拉伸性質之測量，X光繞射儀（XRD）對蒙脫土改質之鑑定並以熱分析儀器如熱重分析儀（TGA）及傅式紅外線光譜分析儀（FT-IR），探討複合電解質薄膜之基礎性質。
本實驗證實聚乙烯醇與聚乙烯基砒硌烷酮均能有效插層改質蒙脫土，插層改質隨高分子之種類有所有差異，以聚乙烯基砒硌烷酮為佳。複合電解質薄膜含水率、耐熱性、機械強度與離子導電度隨改質蒙脫土之添加量而改變，提高各配方蒙脫土添加量均能擁有較佳電解質薄膜之含水率與耐熱性，但添加量過高使離子運動受阻礙與蒙脫土聚集，造成離子導電度與機械強度下降之結果。氣體滲透與單電池測試方面，因膜材成膜差異大與針孔產生造成氣漏導致功率下降之現象產生。

關鍵字

蒙脫土 ； 磺酸化薄膜 ； 聚乙烯醇 ； 聚乙烯基砒硌烷酮 ； 離子導電度

並列摘要

The properties of sulfonated polytetrafluoroethylene membrane modified with intercalated montmorillonite clay are studied with water absorption test, AC impedance, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, gas permeability test, and Instron. The montmorillonite clay is intercalated with polyvinylalcohol (PVA) and polyvinylpyrrolidone (PVP). The results of X-ray diffraction indicate that the clay can be effectively intercalated by PVP and PVA and the interlayer spacing from the PVP/clay is greater than that from the PVA/clay. The water absorption and the thermal stability of the modified membrane increase while the ion conductivity and the tensile strength decrease with increasing the intercalated clay content. The great water absorption ability from the intercalated clay results in a better water absorption of the modified membrane. Yet the unevenly distributed clay in the membrane can generate a membrane with porosity, lower ion conductivity, and inferior mechanical strength.

並列關鍵字

sulfonated polytetrafluoroethylene membrane ； montmorillonite clay ； polyvinylalcohol ； polyvinylpyrrolidone ； ion conductivity

參考文獻

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