半超支化半交聯(lián)磺化聚酰亞胺復合質(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能通過電化學反應直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其具有環(huán)境污染小，噪音低，壽命長，工作溫度低，比能量大等優(yōu)點，在便攜式電源、可移動動力電源等方面具有廣闊的應用前景。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)阻隔陰陽兩極，防止兩極反應氣體接觸而發(fā)生

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

3、定性以及相對低廉的制備成本。但是，磺化聚酰亞胺膜也存在一些需要解決的問題，包括在水中氧化穩(wěn)定性差，嚴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-無機雜化是一種常用的方法，其主要優(yōu)點在于復合膜不僅具有有機物的柔韌性同時具有無機組分的穩(wěn)定性，因此得到越來越多研究者的關注。
　　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，通過酸酐封端磺化聚酰亞胺與胺化二氧化硅進一步縮聚制

4、備得到具有半超支化半交聯(lián)結(jié)構的磺化聚酰亞胺復合質(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行縮聚，最后加入支撐材料聚砜制備得到復合膜。復合膜中半超支化結(jié)構形成的自由體積和胺化二氧化硅可以有效保持復合膜中的水含量，進一步提高復合膜的質(zhì)子傳導率，同時半交聯(lián)結(jié)構和支撐材料聚砜的存在增強了膜的氧化穩(wěn)定性，延長膜的使用壽命。研究結(jié)果表明，30℃下，SPI/S