燃料電池用聚苯醚DABCO陰離子交換膜的制備與研究.pdf

1、人類文明在進(jìn)步的過程中，始終伴隨著能源的不斷變化，每一次能源的質(zhì)的飛越，都是人類前進(jìn)的偉大變革。而隨著人類科技的進(jìn)步，已經(jīng)不只在意能源的高效性，更重視能源的可持續(xù)性和清潔性，不走先污染后治理的路，因此人類科學(xué)家斷言:未來世界，能源的發(fā)展前景是利用高效清潔可持續(xù)的新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料和化石能源。因此氫能、核能、太陽能、潮汐能、水能等高效清潔可持續(xù)的能源越來越得到人類科學(xué)家以及各個國家領(lǐng)導(dǎo)人的廣泛重視，新能源在為世界提供能源動力、促進(jìn)未

2、來世界能源結(jié)構(gòu)整形變化的過程以及社會經(jīng)濟占比中，將會扮演越來越關(guān)鍵的角色。因此，現(xiàn)在目前世界各國都在致力于開發(fā)核能等新型能源，而氫能由于其能量比值高，清潔等特點已經(jīng)被認(rèn)為是近代最有可能廣泛應(yīng)用的能源之一。而目前轉(zhuǎn)換氫能的工業(yè)裝置，各國科學(xué)家和研究人員最看好的就是氫燃料電池。氫能燃料電池具有體積小、燃燒氫能比能量密度高、氫能利用效率好、清潔無二次污染等優(yōu)勢，這些以上的優(yōu)點使其成為了最完美的氫能轉(zhuǎn)化裝置。而在目前的燃料電池的大家庭中，以聚合

3、膜為核心的聚合膜燃料電池的研究成為了各國科學(xué)家的研究焦點。
　　目前各國科學(xué)家對于堿性膜的研究焦點主要在于:將季銨、季鱗、咪唑等陰離子傳導(dǎo)基團通過化學(xué)物理的方法接枝到一種在堿性的工作環(huán)境下具有較好的物理化學(xué)性能的聚合物骨架上，再通過一系列的改性手段，使得膜的性能提升，利用流延法成膜，得到了適合目前工業(yè)和生活應(yīng)用的陰離子交換膜。這樣的合成手段無疑是高效低成本的，但是這種傳統(tǒng)思路主要存在的問題是AEM的機械性能、堿穩(wěn)定性以及離子傳導(dǎo)率

4、較差。本文主要就陰離子交換膜目前存在的離子傳導(dǎo)率不足，堿穩(wěn)定性弱等方面的不足，有針對性的設(shè)計出一些解決的想法:
　　1.聚苯醚基DABCO陰離子交換膜的制備與研究
　　利用1，4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)作為主體，以對二氯芐為鏈節(jié)制備得到DABCO交聯(lián)劑，并在傳統(tǒng)的聚苯醚-三甲胺(BPPO-TMA)堿性膜內(nèi)引入這種交聯(lián)劑減低在高溫時堿性膜的溶脹，讓其在膜內(nèi)起到固定聚合物結(jié)構(gòu)的作用并且完成扮演傳導(dǎo)氫氧根離子的

5、角色。通過對比引入交聯(lián)劑前后的堿性膜，可以看到膜的機械性能、堿穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)率有了明顯的提升。
　　2.聚苯醚基DABCO納米二氧化鈦-離子液體復(fù)合膜的制備
　　針對聚苯醚基DABCO陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)率不能滿足實際應(yīng)用的需求，通過將含有咪唑基團的游離離子液體添加進(jìn)入交聯(lián)膜的溶液中，利用離子液體良好的溶解性溶解在膜中，形成活性自由移動的傳導(dǎo)基團，利用離子液體中帶有正電荷的咪唑環(huán)部分和氫氧根離子之間的靜電吸引作用，起到提

6、高膜的傳導(dǎo)率的作用。離子液體引入后，填補了膜內(nèi)原有的三甲胺傳導(dǎo)基團的空白，使得膜內(nèi)傳導(dǎo)位點變多，氫氧根離子從而可以在堿性膜內(nèi)更加順暢的通過，具有更快的傳導(dǎo)速度，實現(xiàn)傳導(dǎo)基團和游離基團的交替跳躍傳導(dǎo)，實現(xiàn)離子傳導(dǎo)率的根本性提高。
　　3.聚苯醚基DABCO納米二氧化鋯-離子液體復(fù)合膜的制備
　　在上述實驗的基礎(chǔ)上，選擇離子半徑更大的二氧化鋯顆粒，加強納米二氧化鋯與游離離子液體之間的靜電吸引作用，提高離子液體的固定效率。