非水質(zhì)子交換膜甲醇滲透性能和質(zhì)子導(dǎo)電性能的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組成之一，目前廣泛采用的Nafion等含氟類(lèi)聚合物質(zhì)子交換膜的成本較高，而且此類(lèi)膜必須在有水存在的條件下才能導(dǎo)電，故使得其大規(guī)模應(yīng)用受到了很大的限制。本文通過(guò)在聚合物中摻雜一定量的無(wú)機(jī)酸(如磷酸和硫酸)的方法成功地制備了一類(lèi)非水質(zhì)子交換膜，并利用紅外光譜研究了聚合物與所摻雜的無(wú)機(jī)酸之間的相互作用以及無(wú)機(jī)酸在共混體系中的存在形式；自制一套甲醇滲透率測(cè)定裝置，系統(tǒng)研究了甲醇濃度、溫度、壓力以及無(wú)

2、機(jī)酸含量等因素對(duì)質(zhì)子交換膜甲醇滲透性能的影響；利用交流阻抗譜研究了該類(lèi)型質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能，并簡(jiǎn)要討論了非水質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電機(jī)理。研究結(jié)果表明，隨著甲醇溶液濃度的增加，PVA-xH3PO4復(fù)合膜的甲醇滲透率反而降低；PVA-xH3PO4復(fù)合膜的甲醇滲透率則隨磷酸含量的增加而增大；溫度對(duì)于PVA-xH3PO4復(fù)合膜甲醇滲透率的影響較小。當(dāng)摻入磷酸后，PVA-xH3P04復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能有很大程度的提高；隨著磷酸含

3、量的增加，該復(fù)合膜的電導(dǎo)率對(duì)頻率(時(shí)間)的依賴(lài)性較小，表明該復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能受其鏈段松弛運(yùn)動(dòng)的影響較小，主要是由于體系中質(zhì)子數(shù)量增加的原因。雖然PAN膜的甲醇阻隔性能優(yōu)異，但是PAN-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率卻很差，與Nafion膜的相差不大，而且隨甲醇濃度的增加而不斷變大。與純PAN相比，PAN-xH3P04復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電能力有很大的提高，而且對(duì)頻率(時(shí)間)的依賴(lài)性也較小，主要影響因素也是體系中質(zhì)子數(shù)量的增加。P

4、I與所摻雜的磷酸之間主要以氫鍵的作用力存在，而且磷酸也不容易發(fā)生電離，其質(zhì)子導(dǎo)電機(jī)理主要依賴(lài)于聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)，而不是質(zhì)子的躍遷；PI-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率很低，而且PI-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率隨甲醇濃度的增加而逐漸下降，不過(guò)隨溫度的升高而增大。當(dāng)研究質(zhì)子酸摻雜PBI、PNMBI以及PNEBI等膜的甲醇滲透行為和質(zhì)子導(dǎo)電性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們的甲醇滲透率很低，其甲醇滲透率隨著甲醇濃度的增加而不斷減小，隨溫度的升高而

5、不斷增大，而且滿足Arrhenius方程；但是sPBI膜的甲醇阻隔性能很差，與Nafion膜相當(dāng)，而且其甲醇滲透率隨溫度的升高或者甲醇濃度的增加而增加。與上述幾類(lèi)堿性較弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI濃度的增加而增加。與上述幾類(lèi)堿性較弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI等材料體系中摻雜無(wú)機(jī)酸，無(wú)機(jī)酸容易發(fā)生電離產(chǎn)生質(zhì)子和陰離子，而聚合物本身也會(huì)被質(zhì)子化，陰離子與聚合物之間以氫鍵的形式