DMFC用阻醇質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）以其高效、高能量密度、低排放和燃料儲運及補充方便等特點被認為是適應未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。目前，燃料電池中廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜（Nafion（））主要存在兩個缺點：一是甲醇透過率高，即膜的阻醇性能較差；二是價格昂貴。因此新型高效阻醇質(zhì)子交換膜的研制成為DMFC領(lǐng)域的重要課題。 考慮到質(zhì)子、水和甲醇在DMFC膜中傳遞相互制約性，本研究將目標膜視為優(yōu)先透過質(zhì)子的質(zhì)子－甲醇分離膜。借鑒膜

2、分離過程的溶解擴散機理來設計和選擇阻醇膜材料，進行阻醇質(zhì)子交換膜的研制。 本研究采用阻醇性能良好的聚陽離子電解質(zhì)殼聚糖（CS）與含有大量-COOH與-SO3H基團的聚陰離子電解質(zhì)聚（丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（P（AA-AMPS））共混制備了離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)的互穿網(wǎng)絡型CS/P（AA-AMPS）聚電解質(zhì)膜。隨著P（AA-AMPS）含量的增加，共混膜的甲醇滲透率降低，質(zhì)子傳導率升高。P（AA-AMPS）在膜中具有離子交聯(lián)

3、和質(zhì)子導體的雙重作用。P（AA-AMPS）含量為41％的CS/P（AA-AMPS）聚電解質(zhì)膜的甲醇滲透率為2.41×10-7c㎡/s，為Nafion（）117膜甲醇滲透率的1/15，其質(zhì)子傳導率高達3.59×10-2S/cm。從而CS/P（AA-AMPS）膜的綜合性能評價指標（β=σ/P）顯著增加，最高達到15.0×104Ss/cm3，為Nafion（）117膜的8倍。 本研究采用氨基三亞甲基膦酸（ATMP）、乙二胺四亞甲基膦酸

4、（EDTMP）和己二胺四亞甲基膦酸（HDTMP）三種有機膦酸（organophosphorus acid，OPA），摻雜在阻醇性能良好的聚乙烯醇/殼聚糖（polyvinyl alcohol/chitosan，PVA/CS）共混高分子中，制備了OPA摻雜的共混膜。結(jié)果表明，OPA摻雜PVA/CS共混膜的質(zhì)子傳導能力得到顯著提高，是未摻雜OPA的PVA/CS共混膜的2～4倍，與Nafion（）117膜的質(zhì)子傳導率（5.04×10-2S/cm

5、）相當。ATMP，EDTMP以及HDTMP摻雜量最高時，OPA摻雜共混膜的質(zhì)子傳導率分別達到最高，為3.58×10-2、3.51×10-2、2.61×10-2S/cm。EDTMP摻雜的PVA/CS膜的甲醇滲透率在EDTMP含量為13.9％達到最低值2.32×10-7c㎡/s，為Nafion（）117膜的1/16。同時，ATMP，EDTMP與HDTMP摻雜PVA/CS共混膜的綜合性能指標均有明顯提高。此外，共混膜的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性也有