用于堿性燃料電池的含氟丙烯酸酯聚合物陰離子交換膜的制備及性能測試.pdf

1、燃料電池(Fuel cells， FCs)是一種直接將化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W(xué)器件，具有能量轉(zhuǎn)化效率高，燃料適用范圍廣和環(huán)境友好等優(yōu)點。燃料電池作為一種可同時解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題的綠色能源，被認(rèn)為是適應(yīng)未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。
　　 堿性燃料電池(Alkaline fuel cells， AFCs)是該技術(shù)發(fā)展最快的一種電池，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機提供動力。但是，當(dāng)AFCs的應(yīng)用場所從太空

2、變?yōu)榈孛鏁r，問題也隨之而來。空氣里含有的二氧化碳會使堿性的電解液碳酸化，產(chǎn)生碳酸鹽沉淀。因此科學(xué)家提出了以堿性聚合物代替堿性液體作為電解質(zhì)的設(shè)想，即堿性陰離子交換膜燃料電池(Alkaline anion exchange membrane fuel cells， AEMFCs)。其中，陰離子交換膜(Anion exchage membrane， AEM)是AEMFCs關(guān)鍵組成部件之一，起到傳導(dǎo)OH-、分隔燃料和氧化劑的雙重功能，其性能將

3、直接影響AEMFCs的電池性能、能量效率和使用壽命等。
　　 C-F鍵的鍵能是485kJ·mol-1，高于C-H鍵的鍵能(350～435kJ·mol-1)和C-C鍵的鍵能(350～410kJ·mol-1)，同時氟原子的半徑較大(0.64×10-10m)，氟在C-C鍵附近形成一道保護屏障，因此含C-F鍵的聚合物具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。將含氟結(jié)構(gòu)引入到聚合物體系后，可調(diào)節(jié)季銨鹽的含水率，所制備的季銨鹽陰離子交換膜，具有電導(dǎo)率

4、高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用于堿性燃料電池的潛力。本論文的主要內(nèi)容是制備堿性燃料電池用的含氟丙烯酸酯陰離子交換膜，研究內(nèi)容具體如下。
　　 (1)分別以甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；甲基丙烯酸六氟丁酯、苯乙烯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸正丁酯和氯甲基苯乙烯為原料，通過自由基聚合反應(yīng)、陰離子交換反應(yīng)制備三種不同體系的一系列氫氧型含氟丙烯酸酯聚合物陰離子交換膜。
　　 (3)通

5、過FTIR、NMR、GPC、元素分析等方法分析陰離子交換膜的結(jié)構(gòu)組成，結(jié)果表明所合成的不同體系的陰離子交換膜均為含氟丙烯酸酯的聚合物陰離子交換膜。通過溶解性能測定、含水率測試、TG、電化學(xué)阻抗譜等方法對陰離子交換膜的穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、甲醇滲透率等性能進行系統(tǒng)的表征與研究。結(jié)果表明：合成的不同體系的氫氧型陰離子交換膜均不溶于水、甲醇、乙醇，可溶于丙酮、四氫呋喃、氯仿等有機溶劑；30℃時它們的電導(dǎo)率在10-2S·cm-1左右；60℃下甲醇滲透