基于咪唑鹽聚合物電解質(zhì)膜的研制及表征.pdf

1、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池在車用動力能源，分布式發(fā)電站，便攜式電子產(chǎn)品等領域具有很好的應用前景，因而受到廣泛關(guān)注。按照聚合物電解質(zhì)膜種類不同聚合物電解質(zhì)膜燃料電池可以分為質(zhì)子交換聚合物膜燃料電池(PEMFC)和堿性陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)。然而應用最廣泛的Nafion質(zhì)子交換聚合物膜存在高溫下易脫水導致電導率降低的缺陷。以質(zhì)子型離子液體代替水制備得到的高溫質(zhì)子交換聚合物膜可以解決Nafion膜無法在高溫下使用的難題，但是通過簡單共

2、混方法制備的復合膜仍然存在離子液體從質(zhì)子交換聚合物膜中析出的問題。
　　 AEMFC具有電池電極反應活性高，燃料滲透率低，可以用鎳、銀代替鉑做催化劑等優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注，但傳統(tǒng)季銨鹽類堿性陰離子交換膜在高溫強堿條件下容易發(fā)生降解反應，導致陰離子交換膜性能下降。
　　 針對這些問題，本論文制備了基于質(zhì)子型離子液體的高溫質(zhì)子交換聚合物復合膜，并通過摻雜無機納米材料抑制離子液體的析出；設計合成了基于咪唑鹽陽離子的新型堿性陰離子

3、交換膜，為制備高性能聚合物電解質(zhì)膜提供了新的思路和方法。
　　 研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下：
　　 (1)合成了不同粒徑的二氧化硅納米粒子、介孔二氧化硅和咪唑鹽表面修飾的二氧化硅粒子。通過光引發(fā)聚合制備了質(zhì)子型離子液體/聚(苯乙烯-丙烯腈)/二氧化硅雜化高溫質(zhì)子交換聚合物膜，該雜化膜具有良好的機械性能和熱穩(wěn)定性，160℃時，質(zhì)子交換聚合物膜的電大率達到1×10-2S/cm，適量二氧化硅納米粒子的摻雜有利于質(zhì)子傳遞通道的形成從

4、而提高質(zhì)子交換聚合物膜電導率，過量摻雜則會則會阻塞質(zhì)子傳遞通道降低質(zhì)子交換聚合物膜電導率。介孔二氧化硅和咪唑鹽表面修飾二氧化硅粒子對離子液體析出具有很好的抑制作用。
　　 (2)以可聚合型咪唑鹽3-甲基-1-乙烯基咪唑碘、苯乙烯和丙烯腈為聚合單體，DVB為交聯(lián)劑，通過紫外光引發(fā)聚合成膜，并與OH-進行陰離子交換，制備基于咪唑鹽陽離子堿性陰離子交換膜，該方法避免了傳統(tǒng)季銨鹽類堿性陰離子交換膜制備中的氯甲基醚的使用。交聯(lián)劑的引入增強

5、了堿性陰離子交換膜的機械性能。該堿性陰離子交換膜具有良好的熱穩(wěn)定性，較高的電導率，室溫時達到1×10-2 S/cm，60℃下浸泡在1M KOH溶液中400小時仍然能夠保持原有的電導率和機械性能，表現(xiàn)出良好的高溫耐堿性。
　　 (3)設計合成了基于咪唑鹽的2，7-二(4’-苯酚)-9，9-二(6-(1，2-二甲基咪唑))取代芴功能單體，以該功能單體和4，4’-二氯二苯砜為原料，經(jīng)過親核縮聚、溶液澆鑄成膜、陰離子交換等步驟制備了基于

6、咪唑鹽的聚芴堿性陰離子交換膜。該陰離子交換膜具有良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的機械性能，室溫電導率達到1×102-S/cm，在DMSO，DMF等極性溶劑中有良好的溶解性能，還可以用于制備電極材料。核磁表征電導率測試結(jié)果證明該陰離子交換膜在高溫時具有良好的耐堿性。
　　 (4)合成并表征了一系列咪唑環(huán)C2-位含有不同取代基團的咪唑鹽單體、聚合物及基于咪唑鹽的堿性陰離子交換膜。實驗證明了在咪唑環(huán)C2-位處引入甲基、異丙基、苯基等可以提高咪唑