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文檔簡介
1、質(zhì)子交換膜 (PEM) 是質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 的核心部件,不但要分隔燃料與氧化劑以避免直接接觸,而且要承擔傳導質(zhì)子的功能。其性能將直接影響 PEMFC的輸出性能、能量轉(zhuǎn)化效率和使用壽命等。 為了克服當前以Nation膜為代表的商用質(zhì)子交換膜熱穩(wěn)定性差、燃料滲透率高和成本高的缺點,本文使用新型的耐高溫高分子材料,二氮雜萘聚芳醚砜酮 (PPESK) 為基材,通過硫酸/發(fā)煙硫酸均相磺化方法,制備磺化聚芳醚砜酮 (SPP
2、ESK)。優(yōu)化了有機溶劑溶解一沉淀分離方法,有效地去除殘留磺化劑,并有較高的收率 (96%以上)。為深入理解分離參數(shù)對分離過程的影響,建立了分離過程的數(shù)學模型,并利用實驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)回歸,得到了合適的分離區(qū)域,有望用于指導類似的分離工作。 采用溶液澆鑄法制備 SPPESK 質(zhì)子交換膜,考察了鑄膜溶劑、凝固溫度對成膜狀態(tài)的影響。以 N-甲基吡咯烷酮 (NMP) 為鑄膜溶劑、40-60 ℃為凝固溫度的條件下制得了表面平整、厚度均勻的
3、 SPPESK 質(zhì)子交換膜,其具有很高的熱穩(wěn)定性(T<,d>>300℃)、適宜的水吸收率和溶脹度,并展示了出色的阻醇性能 (甲醇滲透率為 Nation115 的1/32-1/42);盡管具有更大的質(zhì)子遷移活化能,但其質(zhì)子傳導率仍比 Nation115 略低;成功進行了 H<,2>/O<,2>和 CH<,3>OH/O<,2> 單電池放電的初步實驗研究,輸出功率分別達到 426.0和 9.63 mW/cm<'2>。 為提高 SPPE
4、SK 膜電性能,利用乙二醇、丙三醇或聚乙烯醇 (PVA) 作為交聯(lián)劑,制備了相應的共價交聯(lián)質(zhì)子交換膜。與小分子乙二醇和丙三醇相比,聚合物 PVA 作為交聯(lián)劑具有更低的交聯(lián)溫度和更高的交聯(lián)膜的穩(wěn)定性。由 PVA 與 SPPESK 形成的共價交聯(lián)網(wǎng)絡一方面增大了分子量,另一方面抑制了分子鏈的運動,使得交聯(lián)膜具有適宜的水吸收的同時也具有良好的尺寸穩(wěn)定性;由于具有更高的離子交換容量 (IEC) 和更大的酸度,也使得交聯(lián)膜的電性能顯著提高,可達S
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