Page 36 - 《精细化工》2023年第2期

·258· 精细化工 FINE CHEMICALS
准，下同）为 0、1%、2%、4%、6%、8%的静电纺
丝前驱体溶液，依次标记为 PP0、PP1、PP2、PP4、
PP6、PP8。取 1.5 mL 上述前驱体溶液进行静电纺丝，
电纺电压为 12 kV，电纺速度为 0.6 mL/h，电纺温
度为 25 ℃，针尖与收集板距离为 10 cm。如图 2 所
示，将 PP0、PP1、PP2、PP4、PP6、PP8 前驱体溶
液电纺获得的 PIN/PAN 纤维分别标记为 PAN、1%
PIN/PAN、2% PIN/PAN、4% PIN/PAN、6% PIN/PAN、
8% PIN/PAN，利用金相显微镜测定其厚度。
以 2 mol/L KOH 水溶液为电解质溶液，将 PIN/
PAN 纤维剪成（30 mm×20 mm）长方形，于 60 ℃
下干燥 1 h，放入上述 KOH 水溶液中静置 1 h，用
滤纸吸干 PIN/PAN 纤维表面残留的 KOH 水溶液，
制得 PIN/PAN 聚合物基电解质膜（PIN/PAN 纤维浸
润后为 PIN/ PAN 聚合物基电解质膜） 。
a—1% PIN/PAN；b—2% PIN/PAN；c—4% PIN/PAN；d—6%
PIN/PAN；e—8% PIN/PAN；f—C-P；g—4% PIN/PAN 纤维截面图
图 2 PIN/PAN 纤维照片及 4% PIN/PAN 纤维截面图
Fig. 2 PIN/PAN fibers solid figures and 4% PIN/PAN fiber
section figure
1.3 PIN/PAN 纤维及 PIN/PAN 聚合物基电解质膜
的性能测试
1.3.1 PIN/PAN 纤维吸液率测试
以 2 mol/L KOH 水溶液为测试溶液。将 PIN/
PAN 纤维剪成（30 mm×20 mm）长方形，常压 60 ℃
干燥 1 h，放入上述 KOH 水溶液静置 1 h，用滤纸
吸干 PIN/PAN 纤维表面残留的 KOH 水溶液后称重，
用式（1）计算吸液率：
m  m
  %  2 1  100
m 1
第 40 卷
式中：φ 为吸液率，%；m 1 为干燥后 PIN/PAN 纤维
的质量，g；m 2 为 PIN/PAN 纤维充分吸收 KOH 水溶
液后的质量，g。
1.3.2 PIN/PAN 纤维断裂伸长率及孔隙率测试
将 PIN/PAN 纤维剪成（25 mm×5 mm）长方形，
在微机控制电子万能试验机上测试 PIN/PAN 纤维断
裂伸长率，拉伸速率为 1 mm/s，夹具之间间隔为
20 mm，采用式（2）计算断裂伸长率：
L  L
e /%  a 0  100 （2）
L 0
式中：e 为断裂伸长率，%；L a 为试样拉断时的长度，
cm；L 0 为试样原来长度，cm。
PIN/PAN 纤维的吸液率和断裂伸长率至少测试
3 次，取平均值。
孔隙率及孔径分布由高性能全自动压汞仪测
试，接触角 130°，温度 23.9 ℃。
1.3.3 PIN/PAN 聚合物基电解质膜离子电导率测试
电池配件组装成“铂片/PIN/PAN 聚合物基电解
质膜/铂片”体系，使用电化学阻抗（EIS）分析 1~1.0×
5
10 Hz，交流振幅 10 mV 下的阻抗。通过 EIS 谱图计
算电解质离子电导率，采用式（3）计算离子电导率：
L
σ  （3）
b
R  A
式中：σ 为离子电导率，S/cm；A 为 PIN/PAN 聚合
2
物基电解质膜的活性面积，30 mm×20 mm=600 mm ；
L 为 PIN/PAN 聚合物基电解质膜的厚度，0.12 mm
（由金相显微镜测得，下同）；R b 为本体电阻，Ω。
1.3.4 PIN/PAN 聚合物基电解质膜离子扩散系数测试
同 1.3.3 节离子电导率测试方法，将 PIN/PAN
聚合物基电解质膜夹在两铂片之间，进行线性伏安
扫描法（LSV）测试，扫描速率为 10 mV/s，扫描范
围为–1.0~1.0 V。采用式（4）计算离子扩散系数：
D  LI lim （4）
2nA Fc
2
式中：D 为离子扩散系数，cm /S；I lim 为扩散极限
电流，mA；L 为电解质膜的厚度，0.12 mm；n 为离
子发生氧化还原反应的电子数；A 为 PIN/PAN 聚合
2
物基电解质膜的活性面积，30 mm×20 mm=600 mm ；
–
c 为 OH 的初始浓度，2 mol/L；F 为法拉第常数，
96485 C/mol。
1.3.5 PIN/PAN 固态铝空气电池放电性能测试
使用电池测试系统测试固态铝空气电池（以 4%
PIN/PAN 聚合物基电解质膜制备的固态铝空气电池
记为 4% PIN/PAN 固态铝空气电池，下同），恒流放
电性能及功率密度。其中，铝箔（25 mm×15 mm）、
PIN/PAN 聚合物基 电解 质膜（ 40 mm×20 mm×
（1）
0.125 mm）、空气电极（20 mm×15 mm），空气电极