直接甲醇燃料電池用磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)由于采用新型能源材料、節(jié)省資源和零污染特性而成為研究熱點(diǎn)，而其中質(zhì)子交換膜(PEM)的開發(fā)和性能研究備受關(guān)注。本文針對用于直接甲醇燃料電池用磺化聚醚醚酮(SPEEK)質(zhì)子交換膜的制備和性能開展系統(tǒng)深入地研究，具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 通過聚醚醚酮(PEEK)磺化反應(yīng)制備多種不同磺化度(DS)的SPEEK材料，采用FTIR、TGA和酸堿滴定等方法對所制備的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，針對不同反應(yīng)條件對材料D

2、S的影響，探明在反應(yīng)溫度和磺化試劑濃度不變的條件下反應(yīng)產(chǎn)物的DS隨反應(yīng)時(shí)間的延長而線性增加。 自行設(shè)計(jì)和建立膜電阻測試裝置和阻醇性能測試裝置，通過一系列試驗(yàn)驗(yàn)證這兩套裝置的測試數(shù)據(jù)重現(xiàn)性、分辨率和靈敏性均滿足測試要求。 采取溶液法制備一系列不同DS的SPEEK-PEM試樣，全面評價(jià)各種試樣的溶液穩(wěn)定性、阻醇性能和電導(dǎo)率等性能，查明制膜材料的DS和制膜溶劑種類分別對膜各項(xiàng)性能的影響規(guī)律：隨著DS的增加，膜的電導(dǎo)率增加，而溶

3、液穩(wěn)定性及阻醇性能均有所下降，反之也然；采用與SPEEK中的磺酸基團(tuán)存在相互作用的制膜溶劑得到的膜其電導(dǎo)率較低，但膜的溶液穩(wěn)定性和阻醇性能較高。 采用兩種不同DS的SPEEK制膜溶液、采取分步澆注法制備兩層不同DS材料的復(fù)合膜試樣，復(fù)合膜截面顯微分析證明兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)及其界面結(jié)合致密，提出復(fù)合膜中兩層材料不同磺化度影響復(fù)合膜各項(xiàng)性能的規(guī)律：含有高DS材料層的復(fù)合膜吸水率顯著高于不含高DS材料層的復(fù)合膜，前者中高DS材料層對復(fù)合膜吸

4、水率起決定性作用，另一層影響極小，而后者的吸水率略低于平均DS的單層膜；含有低DS材料層的復(fù)合膜電導(dǎo)率顯著低于不含低DS材料層的復(fù)合膜，前者中低DS材料層對復(fù)合膜電導(dǎo)率起決定性作用，另一層影響極小，而后者的電導(dǎo)率略優(yōu)于平均DS的單層膜性能。 本文還揭示兩層復(fù)合膜的兩個(gè)不同DS材料表面分別迎對甲醇溶液時(shí)具有不同阻醇性能的特點(diǎn)，較低DS材料層的表面迎對甲醇溶液時(shí)復(fù)合膜的阻醇性能優(yōu)于該膜的另一高DS材料層表面迎對甲醇溶液時(shí)的阻醇性能，