Page 38 - 《精细化工》2023年第2期

·260· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

由图 5 可知，PAN 纤维表面光滑，无粗糙颗粒； 吸附更多的液体。由表 1 可知，随着 PIN 含量的增
1% PIN/PAN 纤维表面附着细小球形颗粒；与 加，PIN/PAN 纤维的吸液率呈先增大后减小的趋势。
YILDIZ 等 [20] 通过化学聚合法获得的 PIN 颗粒形状、 当 PIN 含量为 6%时，PIN/PAN 纤维吸液率达到最
大小相比，推测附着在 PAN 纤维上的物质为 PIN 颗 大，为 504%，为 C-P（154%）的 3.3 倍，充分体现
粒；随着 PIN 含量增加至 2%、4%，PAN 纤维表面 了 PIN/PAN 纤维具有良好的吸液率，可有效代替
PIN 颗粒逐渐密集，其中 4% PIN/PAN 纤维表面 PIN C-P。当 PIN 含量为 8%时，PIN/PAN 纤维的吸液率
颗粒分散良好、纤维整体形貌均匀、三维网格结构 反而下降，这是由于过量的 PIN 导致 PIN/PAN 纤维
清晰；随着 PIN 含量继续增加，6% PIN/PAN、8% 孔隙减少，无法存储更多的液体。PIN/PAN 纤维可
–
PIN/PAN 纤维直径逐渐变大、形状变为橄榄形，同 为固态铝空气电池提供更多的 OH ，从而延长电池
时纤维表面呈现 PIN 颗粒大面积团聚现象。 的放电时长。与 4% PIN/PAN 纤维吸液率（496%）
2.2 PIN/PAN 纤维机械性能分析 相比，6% PIN/PAN 纤维的吸液率提升得并不明显，
PIN/PAN 纤维的孔径分布曲线见图 6，其吸液 相反会降低离子电导率。所以，选择 4% PIN/PAN
率、孔隙率及断裂伸长率见表 1。 纤维为后续研究对象。
如上所述，4% PIN/PAN 纤维吸液率为 496%、
孔隙率为 87.1%、断裂伸长率为 8.7%，分别是 C-P
的 3.2、1.1、3.8 倍。
2.3 PIN/PAN 聚合物基电解质膜电化学性能分析
图 7 为 PIN/PAN 聚合物基电解质膜的 EIS 谱图。

图 6 PIN/PAN 纤维的孔径分布曲线
Fig. 6 Pore size distribution curves of PIN/PAN fibers

表 1 PIN/PAN 纤维的吸液率、孔隙率及断裂伸长率
Table 1 Liquid absorption rate, porosity and elongation at break
of PIN/PAN fibers
样品 吸液率/% 孔隙率/% 断裂伸长率/%
1% PIN/PAN 251 92.2 14.9
2% PIN/PAN 434 90.5 14.0
4% PIN/PAN 496 87.1 8.7
6% PIN/PAN 504 76.3 7.3
8% PIN/PAN 371 74.7 6.0
C-P 154 76.1 2.3

由图 6 可知，PIN/PAN 纤维孔径主要分布在 300~
600 nm 之间。随着 PIN 含量的增加，PIN/PAN 纤维
图 7 PIN/PAN 聚合物基电解质膜的 EIS 谱图
孔径逐渐减小、孔隙率逐渐减小，与 MAJUMDER Fig. 7 EIS diagrams of PIN/PAN polymer electrolyte films
等 [22] 的研究结果一致，过量的 PIN 会导致材料孔隙
率减少。当 PIN 含量>4%时，由于产生了橄榄形纤 由图 7 可知，高频在实轴上的截距为 PIN/PAN
维，同时 PIN 颗粒发生团聚改变了纤维形状。如表 聚合物基电解质膜的本体电阻（R b ），表现为 4%
1 所示，孔隙率减少愈为明显。同时由于 PIN 为脆 PIN/PAN< 6% PIN/PAN<2% PIN/PAN<1% PIN/PAN<
性材料 [18] ，PIN 的过量添加会使纤维的机械性能下 C-P<8% PIN/PAN。由式（3）计算得到电解质膜的
降。PIN/PAN 纤维的断裂伸长率随着 PIN 含量的增 离子电导率，结果见表 2。由表 2 可知，随着 PIN
加而减小。静电纺丝制备的纤维具有比表面积大、 含量由 1%增加至 2%，PIN/PAN 聚合物基电解质膜
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–4
孔隙率高、聚合物网格更为完善的特点，同时 PIN 离子电导率由 1.5×10 S/cm 提高至 1.8×10 S/cm，
颗粒增加了纤维表面的粗糙度，使 PIN/PAN 纤维可 这是由于 PIN 主链可作为电解质离子传输的额外通