PVDF-Al2O3-CsHSO4中溫質(zhì)子交換膜的制備及其導(dǎo)電性能研究.pdf

1、本文先以聚合物PVDF為基底,摻雜Al2O3導(dǎo)體,CsHSO4導(dǎo)體, Al2O3-CsHSO4導(dǎo)體三種不同粉末制備有機(jī)-無(wú)機(jī)PEMFC電解質(zhì)材料。通過(guò)調(diào)整PVDF與Al2O3-CsHSO4粉末的不同質(zhì)量比,優(yōu)化其復(fù)合膜導(dǎo)電性能,制備出在中低溫(室溫-200℃)和較寬的濕度范圍(20％RH-90%RH)均有高導(dǎo)電性的新型PVDF-Al2O3-CsHSO4復(fù)合膜。并通過(guò)結(jié)構(gòu)和性能表征,研究不同溫度下質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理和甲醇透過(guò)機(jī)理。研究工作得到以

2、下結(jié)論:
　　(一)三種不同粉末摻雜PVDF基有機(jī)-無(wú)機(jī)新型PEMFC電解質(zhì)材料中, PVDF-Al2O3-CsHSO4復(fù)合膜的電導(dǎo)率最好,保持在10-4數(shù)量級(jí)以上。其電導(dǎo)率隨溫度的上升(室溫30℃-150℃)而增加。PVDF-Al2O3-CsHSO4復(fù)合膜在制備過(guò)程中發(fā)生了物理化學(xué)反應(yīng),合成了PVDF-CsAl(SO4)2·12H2O復(fù)合膜。其在溫度超過(guò)90℃時(shí)電導(dǎo)率明顯增加,增加了0.5個(gè)數(shù)量級(jí),差熱分析實(shí)驗(yàn)證明,復(fù)合膜中在7

3、0℃左右有一個(gè)明顯的質(zhì)子釋放過(guò)程。PVDF-CsHSO4復(fù)合膜的電導(dǎo)率在質(zhì)子相變溫度141℃時(shí)沒(méi)有發(fā)生躍遷現(xiàn)象,PVDF與CsHSO4粉末在制備復(fù)合膜時(shí),兩相之間發(fā)生相互作用從而破壞了CsHSO4的結(jié)構(gòu)。
　　(二)PVDF-CsAl(SO4)2·12H2O(3:0.5,3:1,3:2,3:3)系列復(fù)合膜的電導(dǎo)率均隨溫度上升而增加,而且PVDF-CsAl(SO4)2·12H2O(3:1)復(fù)合膜的導(dǎo)電效果最好。系列PVDF-CsAl

4、(SO4)2·H2O復(fù)合膜的23℃時(shí)甲醇透過(guò)濃度明顯低于Nafion-117,系列復(fù)合膜甲醇透過(guò)系數(shù)隨CsAl(SO4)2·12H2O質(zhì)量百分?jǐn)?shù)增加而增加。
　　(三)PVDF-CsAl(SO4)2·12H2O復(fù)合膜在90℃后具有高電導(dǎo)率,一直保持到200℃。其甲醇透過(guò)系數(shù)比Nafion-117低1.5個(gè)數(shù)量級(jí)。若以β=σ/P(σ為電導(dǎo)率;P為甲醇透過(guò)系數(shù))來(lái)評(píng)價(jià)膜的綜合指標(biāo),我們推測(cè)中溫時(shí)復(fù)合膜電池性能將優(yōu)于Nafion-117