非水質(zhì)子交換膜甲醇滲透性能和質(zhì)子導(dǎo)電性能的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組成之一，目前廣泛采用的Nafion等含氟類聚合物質(zhì)子交換膜的成本較高，而且此類膜必須在有水存在的條件下才能導(dǎo)電，故使得其大規(guī)模應(yīng)用受到了很大的限制。本文通過在聚合物中摻雜一定量的無機酸(如磷酸和硫酸)的方法成功地制備了一類非水質(zhì)子交換膜，并利用紅外光譜研究了聚合物與所摻雜的無機酸之間的相互作用以及無機酸在共混體系中的存在形式；自制一套甲醇滲透率測定裝置，系統(tǒng)研究了甲醇濃度、溫度、壓力以及無

2、機酸含量等因素對質(zhì)子交換膜甲醇滲透性能的影響；利用交流阻抗譜研究了該類型質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能，并簡要討論了非水質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電機理。研究結(jié)果表明，隨著甲醇溶液濃度的增加，PVA-xH3PO4復(fù)合膜的甲醇滲透率反而降低；PVA-xH3PO4復(fù)合膜的甲醇滲透率則隨磷酸含量的增加而增大；溫度對于PVA-xH3PO4復(fù)合膜甲醇滲透率的影響較小。當(dāng)摻入磷酸后，PVA-xH3P04復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能有很大程度的提高；隨著磷酸含

3、量的增加，該復(fù)合膜的電導(dǎo)率對頻率(時間)的依賴性較小，表明該復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電性能受其鏈段松弛運動的影響較小，主要是由于體系中質(zhì)子數(shù)量增加的原因。雖然PAN膜的甲醇阻隔性能優(yōu)異，但是PAN-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率卻很差，與Nafion膜的相差不大，而且隨甲醇濃度的增加而不斷變大。與純PAN相比，PAN-xH3P04復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電能力有很大的提高，而且對頻率(時間)的依賴性也較小，主要影響因素也是體系中質(zhì)子數(shù)量的增加。P

4、I與所摻雜的磷酸之間主要以氫鍵的作用力存在，而且磷酸也不容易發(fā)生電離，其質(zhì)子導(dǎo)電機理主要依賴于聚合物鏈段的運動，而不是質(zhì)子的躍遷；PI-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率很低，而且PI-xH3P04復(fù)合膜的甲醇滲透率隨甲醇濃度的增加而逐漸下降，不過隨溫度的升高而增大。當(dāng)研究質(zhì)子酸摻雜PBI、PNMBI以及PNEBI等膜的甲醇滲透行為和質(zhì)子導(dǎo)電性能時發(fā)現(xiàn)，它們的甲醇滲透率很低，其甲醇滲透率隨著甲醇濃度的增加而不斷減小，隨溫度的升高而

5、不斷增大，而且滿足Arrhenius方程；但是sPBI膜的甲醇阻隔性能很差，與Nafion膜相當(dāng)，而且其甲醇滲透率隨溫度的升高或者甲醇濃度的增加而增加。與上述幾類堿性較弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI濃度的增加而增加。與上述幾類堿性較弱的聚合物不同的是，如果在PBI、PNMBI以及sPBI等材料體系中摻雜無機酸，無機酸容易發(fā)生電離產(chǎn)生質(zhì)子和陰離子，而聚合物本身也會被質(zhì)子化，陰離子與聚合物之間以氫鍵的形式