DMFC用改性磺化聚芳醚酮質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)的發(fā)展面臨兩大難題：一是陽極催化劑對(duì)甲醇反應(yīng)的催化活性較低；二是通常使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜的阻醇性能較差。因此開發(fā)出高性能的質(zhì)子交換膜是DMFC研究的重要課題。本論文著眼于DMFC的現(xiàn)實(shí)需要和未來發(fā)展，在開發(fā)價(jià)格低廉的阻醇質(zhì)子交換膜和耐高溫質(zhì)子交換膜方面進(jìn)行了新的探索和嘗試。 聚醚醚酮(PEEK)和雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)是兩種價(jià)格較低、性能優(yōu)良的聚芳醚酮類聚合物。二者磺化后可用來制備DMFC質(zhì)子

2、交換膜。然而，純磺化聚醚醚酮(SPEEK)、磺化雜萘聯(lián)苯聚醚酮(SPPEK)膜的電導(dǎo)率與阻醇性能、尺寸穩(wěn)定性之間存在難以協(xié)調(diào)的矛盾。高電導(dǎo)率要求聚合物的磺化度要高，但高磺化度會(huì)使膜的阻醇性能、尺寸穩(wěn)定性變差。 為解決這個(gè)矛盾，我們首次將具有較高電導(dǎo)率的質(zhì)子導(dǎo)體1，2,4-三羧基丁烷-2-膦酸鋯(Zr(PBTC))摻雜到較高磺化度的SPEEK及SPPEK中制備復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)表明，Zr(PBTC)與聚合物之間發(fā)生氫鍵作用，因此在不減小

3、電導(dǎo)率的同時(shí)，復(fù)合膜的溶脹被有效地限制，膜的阻醇能力、尺寸穩(wěn)定性得到提高。Zr(PBTC)/SPEEK復(fù)合膜的可使用溫度也得到顯著提高。使用溫度的提高使得聚合物高電導(dǎo)率的特性得以發(fā)揮，因此Zr(PBTC)/SPEEK復(fù)合膜在高溫時(shí)具有很高的電導(dǎo)率。 我們還首次考察了摻雜Zr(PBTC)復(fù)合膜在高溫不同濕度下的電導(dǎo)率及其高溫氣態(tài)進(jìn)料DMFC性能。結(jié)果表明，Zr(PBTC)的摻雜能顯著提高復(fù)合膜在低濕度時(shí)的電導(dǎo)率，因而復(fù)合膜的氣態(tài)進(jìn)

4、料DMFC性能也得到提高。 聚醚砜(PES)是一種成膜性能優(yōu)良的工程熱塑料。將PES混入高磺化度的SPEEK中能有效降低膜的溶脹、增強(qiáng)膜的阻醇能力、提高膜的使用溫度。我們首次通過SEM實(shí)驗(yàn)得出SPEEK磺化度對(duì)共混膜微觀形貌的影響。通過控制好SPEEK的磺化度及PES的混入量，可以制得電導(dǎo)率高、阻醇性能優(yōu)良的PES/SPEEK共混膜。而且與具有相同離子交換容量的純SPEEK膜相比，共混膜的阻醇性能及尺寸穩(wěn)定性能更好。 首