磺化聚芳醚-氧化石墨烯復(fù)合型質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、燃料電池（FC）作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置得到越來越多的關(guān)注，在眾多種類的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）近些年也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。質(zhì)子交換膜（PEM）是PEMFC的核心部分，其性能的優(yōu)劣直接決定著電池的使用壽命和電池的效率?，F(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的PEM材料就是由DuPont公司生產(chǎn)的Nafion。但是由于這類膜材料的造價(jià)十分昂貴，并且在低相對(duì)濕度和高溫條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率急劇下降，甲醇滲透系數(shù)急劇增大，因此，尋找可替代Nafion

2、膜的材料成為重中之重。
　　磺化聚芳醚類聚合物因其具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及成本低廉等特點(diǎn)，使得其成為可替代Nafion膜材料的熱點(diǎn)材料。但是，這類PEM材料在高磺化度條件下尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能都會(huì)變差，甲醇滲透增大，阻礙其實(shí)際應(yīng)用。因此，采取一定手段對(duì)這類PEM材料進(jìn)行改性就顯得十分必要。氧化石墨烯因其結(jié)構(gòu)上與石墨烯類似，因此具有高的楊氏模量，高的傳導(dǎo)率以及高的比表面積等優(yōu)異性能，在諸多領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
　　本文通

3、過將磺化聚芳醚酮砜（SPAEKS）和氧化石墨烯（GO）進(jìn)行復(fù)合，制備了磺化聚芳醚酮砜/氧化石墨烯（SPAEKS/GO）復(fù)合膜材料，并通過紅外光譜對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率得到了提高，同時(shí)膜的甲醇滲透系數(shù)降低。在25℃時(shí)，SPAEKS/GO-10％的甲醇滲透系數(shù)和質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為7.65×10-7cm2·s-1和0.045S/cm，在80℃時(shí)，SPAEKS/GO-15%的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到了0.095S/cm。通過掃

4、描電鏡證明，復(fù)合膜的制備過程中并沒有產(chǎn)生明顯的相分離現(xiàn)象。
　　本文還以磺化聚芳醚酮砜（SPAEKS）和氨基的氧化石墨烯（GO-NH2）為原料，制備了復(fù)合型膜(SPAEKS/GO-NH2)。通過氨基與磺酸基團(tuán)之間的酸堿作用，可以進(jìn)一步提高復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。在同種類型的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)中，SPAEKS/GO-NH2-10%膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率是最高的。在25℃和80℃時(shí)，膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為0.047S/cm和0.098S/cm。SPAEKS