新型聚膦腈負載四苯基鏻類堿性陰離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）是近年來出現(xiàn)的一類新型燃料電池，它有望同時擁有質(zhì)子交換膜燃料電池與傳統(tǒng)的堿性燃料電池的優(yōu)點。作為堿性膜燃料電池的核心組件之一，現(xiàn)階段所研究的堿性膜依然存在著耐堿能力差、離子傳導率低等問題。針對這些問題，本文提出了若干新的研究思路，獲得了幾類綜合性能較好的堿性陰離子交換膜。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、以具有良好化學穩(wěn)定性的聚膦腈鏈作為骨架，以耐堿能力較強的四苯基鏻結(jié)構(gòu)（TPHP-1）作為導電功能

2、基團，通過親核取代反應制備了不同離子交換容量(IEC)的聚膦腈膜(PPMPP-1系列膜)，并對其燃料電池相關(guān)性能進行了探究。當TPHP-1的投料比為40％eq.時所得PPMPP-1-40(IEC=0.74mmol·g-1)膜具有最優(yōu)的綜合性能。在80℃時離子傳導率達20.5mS·cm-1，且在30℃條件下的1mol·L-1KOH溶液中浸泡十天后，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其耐堿能力較之前報道的芐基季鏻結(jié)構(gòu)有明顯提高。
　　2、通過在四苯基鏻的苯基

3、上引入不同的供電子基團，以期進一步增強四苯基鏻結(jié)構(gòu)的離子傳導能力和耐堿能力。合成了溴化(4-羥基苯基)三（4-（甲基）苯基）鏻（TPHP-2）、溴化（4-羥基苯基）三（4-（甲氧基）苯基）鏻（TPHP-3）、溴化（4-羥基苯基）三(4-(叔丁基)苯基）鏻（TPHP-4），并制備了相應的膜PPMPP-2、PPMPP-3和PPMPP-4（統(tǒng)稱PPMPP2-4系列膜）。將其離子傳導能力進行比較發(fā)現(xiàn)，離子傳導率的高低順序為PPMPP-3＞PPM

4、PP-4＞PPMPP-2＞PPMPP-1，即離子傳導率隨著取代基供電子能力的提高而提高。其中PPMPP-3（IEC=0.72mmol·g-1）膜的離子傳導率最高，在80℃時達23.3mS·cm-1。將PPMPP2-4系列膜分別在30/60℃條件下的1mol·L-1KOH溶液中浸泡十天后，其相應的堿穩(wěn)定性也表現(xiàn)出同樣規(guī)律。其中甲氧基衍生的PPMPP-3膜結(jié)構(gòu)具有最優(yōu)性能，在30℃條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，60℃條件下浸泡10天后離子傳導率下降僅為7

5、.6％。
　　3、為了使膜具有更高的離子傳導率，需在保證膜尺寸穩(wěn)定性的前提下改善膜的親水性能以提升OH-在膜中的有效淌度。首先采用甘油縮丙酮醇鈉結(jié)構(gòu)對聚膦腈主鏈進行部分取代，再在主鏈上引入TPHP-3季鏻鹽。通過對甘油縮丙酮結(jié)構(gòu)的酸化開環(huán)，在離聚物中引入醇羥基。為防止膜過度吸水溶脹，以戊二醛縮醛反應對羥基進行交聯(lián)。通過調(diào)節(jié)交聯(lián)度制備了PPMPP-5系列膜。實驗發(fā)現(xiàn)隨著交聯(lián)程度的上升膜的水吸收率逐漸下降，其中IEC=0.56mmol