基于有序介孔氧化硅納米復(fù)合物的質(zhì)子交換膜燃料電池用無(wú)水質(zhì)子傳導(dǎo)材料.pdf

1、能源是世界得以運(yùn)行的原動(dòng)力，現(xiàn)如今全球能源需求持續(xù)增加。由于人口的快速增長(zhǎng)、技術(shù)的革新以及機(jī)械技術(shù)的發(fā)明，使得能源消耗殆盡的速度也越來(lái)越快。石油是目前應(yīng)用最為廣泛的燃料，但它是不可再生的。人們對(duì)汽油和柴油的需求持續(xù)增長(zhǎng)使得對(duì)能源的依賴越來(lái)越單一，然而這這種單一的能源總會(huì)有消耗殆盡的一天。另一方面，石油化石燃料的使用也為環(huán)境增加了許多負(fù)擔(dān)，如溫室效應(yīng)等。人們意識(shí)到可再生能源、能源多樣性、環(huán)境保護(hù)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要性，所以在全球范圍內(nèi)，人們

2、對(duì)可再生能源技術(shù)的投入也越來(lái)越多。如果在廣泛的使用氫氣作為燃料，不僅可以減少對(duì)化石燃料的依賴，還有利于減少溫室氣體的排放。像地?zé)崮?、風(fēng)能、氫能、太陽(yáng)能等替代能源將在滿足人們對(duì)能源需求過程中起到舉足輕重的作用，這不僅能使我們這一代人受益，還能讓后世子孫受益。
　　氫氣在某種程度上來(lái)說(shuō)是一種很有前途的能量載體，因?yàn)樗梢詮脑S多豐富能源包括化石能源，核能中獲得，并且可再生。使用氫能，尤其是為了運(yùn)輸需求，將使我們能夠用豐富的國(guó)內(nèi)資源使能源

3、供應(yīng)更加多樣化。燃料電池用氫氣來(lái)發(fā)電，副產(chǎn)品只有水和熱。并且，燃料電池不像其他的技術(shù)，它能利用沼氣、甲烷、丁烷等來(lái)提供氫能。
　　聚合物電解質(zhì)膜燃料電池被研究用作低功率電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置，它被看做是潛在的能量轉(zhuǎn)換裝置來(lái)替代傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)如內(nèi)燃機(jī)。
　　聚合物電解質(zhì)膜對(duì)燃料電池的整體性能起著至關(guān)重要的作。全氟磺酸膜仍然是使用量最大的質(zhì)子交換膜材料，然而，使用Nafion膜的燃料電池在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如水和熱的管理

4、困難使得Nafion膜的應(yīng)用受到限制。因此研究一種在高達(dá)100℃和低濕度下仍然保持致密、良好的機(jī)械性能和高質(zhì)子電導(dǎo)率的膜用于質(zhì)子交換燃料電池對(duì)研究者來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn)性。最近，100℃以上高溫質(zhì)子交換膜燃料電池被提出來(lái)，用來(lái)取代低溫質(zhì)子交換膜燃料電池，可以解決催化劑CO中毒和水淹現(xiàn)象，有助于燃料電池效率的提高。
　　在我的研究工作中，為了解決目前高溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中的技術(shù)難題，我們通過縮聚和Friedel–Crafts親電取代反

5、應(yīng)制備了一種以磺酸基團(tuán)功能化或者以高極性、兩性（酸堿性）和自游離分子（咪唑）功能化的聚砜（PSF）膜材料，并對(duì)性能進(jìn)行了研究。咪唑是一種高極化的化合物，分子結(jié)構(gòu)中既包含質(zhì)子給予體（NH），又包含質(zhì)子受體（N:）,最近的研究表明咪唑可以用作高溫?zé)o水溶劑。
　　PSF是一種高性能熱塑性樹脂，有良好的化學(xué)性能，機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能。最近，這些高分子被頻繁改性并用作高溫燃料電池質(zhì)子導(dǎo)電膜材料，尤其是溫度高于100℃。
　　在兩個(gè)實(shí)例

6、中，官能團(tuán)（離子位點(diǎn)）一方面與聚合物骨架相分離，另一方面在支鏈區(qū)域集中。通過將離子位點(diǎn)與主鏈相隔離，實(shí)驗(yàn)制備的薄膜的疏水與親水區(qū)域的納米相分離將受到影響，反之，也會(huì)為膜提供一種水吸收平衡。
　　實(shí)驗(yàn)中，我們通過多種技術(shù)來(lái)表征所制備的薄膜。光譜和熱表征是兩項(xiàng)表征材料結(jié)構(gòu)特征功能特性和電池應(yīng)用的重要手段。傅里葉紅外（FTIR）和核磁共振（NMR）將用于表征薄膜的結(jié)構(gòu)和組成特征。其他表征技術(shù)還有：TGA，SEM，AFM，機(jī)械性能等。實(shí)驗(yàn)