用于燃料電池的陰離子交換膜的制備與表征.pdf

1、離子交換膜燃料電池由于高的能量轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境友好性而成為備受關(guān)注的新能源技術(shù)。酸性質(zhì)子離子交換膜(PEMs)和堿性陰離子交換膜(AEMs)作為聚電解質(zhì)膜的關(guān)鍵部分，同時(shí)起著分離燃料和傳導(dǎo)離子的作用。
　　 目前，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的主要是PEMFC，使用的都是是具有高電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性含氟磺酸型離子交換膜(Nafion)，不過(guò)價(jià)格昂貴，所用的電催化劑的耐久性能差。如果將酸性介質(zhì)改為堿性下，就可以在獲得高的能量效率的同時(shí)解決高成本、電催化

2、劑的耐久性差和甲醇滲透現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題。因?yàn)樵趬A性環(huán)境中，陰極氧氣的還原超電勢(shì)明顯下降，使得燃料電池性能較高、催化劑也相對(duì)較持久;此外陰極的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度快，允許廉價(jià)催化劑的使用，這就大大地降低了燃料電池的成本。
　　 盡管陰離子交換膜AEM在應(yīng)用上具有很大優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于Nafion膜，低的電導(dǎo)率會(huì)直接導(dǎo)致電池的性能這的降低，使得AEM的應(yīng)用面臨著挑戰(zhàn)。目前研究比較多的是季銨鹽型的陰離子交換膜，(1)銨鹽的溶解性能不好使得多數(shù)的季

3、銨鹽離子交換膜都是經(jīng)后功能化的方法制備的，因此難于形成OH-傳導(dǎo)的貫穿的離子通道;(2)在高溫下的不穩(wěn)定性問(wèn)題:堿性條件下易受氫氧根離子OH-的進(jìn)攻而發(fā)生降解，耐堿性能不佳，這些嚴(yán)重阻礙AEM的廣泛商業(yè)化，耐堿性、高電導(dǎo)率的陰離子交換膜AEM的進(jìn)一步發(fā)展與實(shí)用化至關(guān)重要。
　　 通過(guò)以上的考慮，本論文旨在制備高電導(dǎo)率、耐堿性，力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性都有提高的陰離子交換膜。主要包括:
　　 (1)以BPPO為原料，三（2，4

4、，6-三甲氧苯基）膦(TTMPP)為鏻化試劑通過(guò)Menshutkin反應(yīng)制備季鏻鹽聚苯醚陰離子交換膜，并對(duì)制備的離子交換膜進(jìn)行物化性能表征、熱穩(wěn)定性測(cè)試并觀察其特殊的微觀結(jié)構(gòu):季鏻鹽極易溶解在極性溶劑中，如NMP和DMSO，允許用澆注法成膜，使得所得的膜具規(guī)整的相分離結(jié)構(gòu)，獲得了高的氫氧根離子OH-電導(dǎo)率(110 mS/cm，70℃)而同一溫度下的長(zhǎng)度變化率只有7％，且它在高溫下耐堿性?xún)?yōu)良，60℃下于1mol/L的NaOH溶液中浸泡10