半超支化半交聯(lián)磺化聚酰亞胺復(fù)合質(zhì)子交換膜制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)是一種將燃料的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其具有環(huán)境污染小，噪音低，壽命長(zhǎng)，工作溫度低，比能量大等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源、可移動(dòng)動(dòng)力電源等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。而質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心組件，在PEMFC中具有雙重作用;(1)作為電解質(zhì)提供氫離子的傳輸通道;(2)阻隔陰陽(yáng)兩極，防止兩極反應(yīng)氣體接觸而發(fā)生

2、化學(xué)反應(yīng)。目前，使用最廣泛的質(zhì)子交換膜是由美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)的全氟磺酸膜，即Nafion(R)膜。它具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在高濕度的條件下有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。但是價(jià)格昂貴，并且在高溫或低濕度條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率低，嚴(yán)重限制了其在PEMFC中的廣泛應(yīng)用。因此，研發(fā)一種高性能、低成本的質(zhì)子交換膜非常重要。
　　通過(guò)大量的研究發(fā)現(xiàn)，磺化聚酰亞胺是一種具有較廣應(yīng)用前景的質(zhì)子交換膜材料，其主要優(yōu)勢(shì)在于:較好的質(zhì)子傳導(dǎo)能力、機(jī)械性能和熱穩(wěn)

3、定性以及相對(duì)低廉的制備成本。但是，磺化聚酰亞胺膜也存在一些需要解決的問(wèn)題，包括在水中氧化穩(wěn)定性差，嚴(yán)重影響燃料電池的使用壽命。為了改善磺化聚酰亞胺膜的氧化穩(wěn)性能，人們嘗試多種改性方法，其中有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化是一種常用的方法，其主要優(yōu)點(diǎn)在于復(fù)合膜不僅具有有機(jī)物的柔韌性同時(shí)具有無(wú)機(jī)組分的穩(wěn)定性，因此得到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。
　　本論文選用磺化聚酰亞胺作為質(zhì)子交換膜主鏈，聚砜作為支撐材料，通過(guò)酸酐封端磺化聚酰亞胺與胺化二氧化硅進(jìn)一步縮聚制

4、備得到具有半超支化半交聯(lián)結(jié)構(gòu)的磺化聚酰亞胺復(fù)合質(zhì)子交換膜。其主要內(nèi)容為:首先合成以酸酐封端的磺化聚酰亞胺鏈，其次以表面胺化的二氧化硅作為“Bx型胺類單體”，直接與酸酐封端聚酰亞胺進(jìn)行縮聚，最后加入支撐材料聚砜制備得到復(fù)合膜。復(fù)合膜中半超支化結(jié)構(gòu)形成的自由體積和胺化二氧化硅可以有效保持復(fù)合膜中的水含量，進(jìn)一步提高復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，同時(shí)半交聯(lián)結(jié)構(gòu)和支撐材料聚砜的存在增強(qiáng)了膜的氧化穩(wěn)定性，延長(zhǎng)膜的使用壽命。研究結(jié)果表明，30℃下，SPI/S