新型交聯(lián)質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）可以有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，并且因?yàn)槿剂系睦眯矢?，啟?dòng)速度快以及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)被評(píng)選為替代能源行業(yè)的領(lǐng)先候選人。而其中被稱作為PEMFC的“心臟”的質(zhì)子交換膜（PEM）的性能直接決定著PEMFC的應(yīng)用?，F(xiàn)如今廣市場(chǎng)上廣泛使用的是DuPont公司的Nafion膜，此類膜具有優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，但令人遺憾的的是其制作成本的昂貴，甲醇滲透嚴(yán)重以及在高溫條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率明顯下降。

2、因此，眾多科研工作者的眼光就投注在開發(fā)一種綜合性能優(yōu)異的PEM材料上。
　　其中磺化聚芳醚酮砜類膜材料被列為最有前途的新型膜材料之一，由于其優(yōu)良的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，以及與Nafion膜相比低廉的成本。但是此類膜受到磺化度的影響較大，當(dāng)磺化度較高時(shí)溶脹率將會(huì)提高而降低機(jī)械性能進(jìn)而影響PEMFC的使用壽命。因此，需要對(duì)這類膜材料進(jìn)行改性從而得到綜合性能均佳的材料。
　　本文首先利用親和縮聚反應(yīng)制備了含氨基和羧基的磺化聚芳醚酮砜

3、（Am-C-SPAEKS）交聯(lián)膜，將羧基和氨基引入到了同一分子鏈上，TEM照片顯示交聯(lián)膜形成了連續(xù)的質(zhì)子傳輸通道，提高了膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，并且通過(guò)官能團(tuán)之間的交聯(lián)作用來(lái)降低膜的甲醇滲透系數(shù)。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該膜顯示出良好的機(jī)械性能以及尺寸穩(wěn)定性。Am-C-SPAEKS-30膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.088S·cm-1，這與相同條件下Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率類似。而在25 ℃下Am-C-SPAEKS-30膜的甲醇滲透系數(shù)僅為1.56×10-7cm2

4、·s-1，這要比Nafion-117膜低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　為了彌補(bǔ)膜在中高溫條件下的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及阻醇能力的降低，我們利用溶膠-凝膠的方法將二氧化硅引入到了含羧基磺化聚芳醚酮砜（C-SPAEKS）中。通過(guò)交聯(lián)劑的引入就像一個(gè)“橋梁”連接了主鏈C-SPAEKS相和SiO2相，制備出了C-SPAEKS/K-SiO2交聯(lián)雜化膜。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該膜具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性以及質(zhì)子傳導(dǎo)率。在120 ℃下C-SPAEKS/K-SiO2-8的質(zhì)子傳導(dǎo)