DMFC用改性磺化聚芳醚酮質子交換膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)的發(fā)展面臨兩大難題：一是陽極催化劑對甲醇反應的催化活性較低；二是通常使用的全氟磺酸質子交換膜的阻醇性能較差。因此開發(fā)出高性能的質子交換膜是DMFC研究的重要課題。本論文著眼于DMFC的現實需要和未來發(fā)展，在開發(fā)價格低廉的阻醇質子交換膜和耐高溫質子交換膜方面進行了新的探索和嘗試。 聚醚醚酮(PEEK)和雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)是兩種價格較低、性能優(yōu)良的聚芳醚酮類聚合物。二者磺化后可用來制備DMFC質子

2、交換膜。然而，純磺化聚醚醚酮(SPEEK)、磺化雜萘聯(lián)苯聚醚酮(SPPEK)膜的電導率與阻醇性能、尺寸穩(wěn)定性之間存在難以協(xié)調的矛盾。高電導率要求聚合物的磺化度要高，但高磺化度會使膜的阻醇性能、尺寸穩(wěn)定性變差。 為解決這個矛盾，我們首次將具有較高電導率的質子導體1，2,4-三羧基丁烷-2-膦酸鋯(Zr(PBTC))摻雜到較高磺化度的SPEEK及SPPEK中制備復合膜。實驗表明，Zr(PBTC)與聚合物之間發(fā)生氫鍵作用，因此在不減小

3、電導率的同時，復合膜的溶脹被有效地限制，膜的阻醇能力、尺寸穩(wěn)定性得到提高。Zr(PBTC)/SPEEK復合膜的可使用溫度也得到顯著提高。使用溫度的提高使得聚合物高電導率的特性得以發(fā)揮，因此Zr(PBTC)/SPEEK復合膜在高溫時具有很高的電導率。 我們還首次考察了摻雜Zr(PBTC)復合膜在高溫不同濕度下的電導率及其高溫氣態(tài)進料DMFC性能。結果表明，Zr(PBTC)的摻雜能顯著提高復合膜在低濕度時的電導率，因而復合膜的氣態(tài)進

4、料DMFC性能也得到提高。 聚醚砜(PES)是一種成膜性能優(yōu)良的工程熱塑料。將PES混入高磺化度的SPEEK中能有效降低膜的溶脹、增強膜的阻醇能力、提高膜的使用溫度。我們首次通過SEM實驗得出SPEEK磺化度對共混膜微觀形貌的影響。通過控制好SPEEK的磺化度及PES的混入量，可以制得電導率高、阻醇性能優(yōu)良的PES/SPEEK共混膜。而且與具有相同離子交換容量的純SPEEK膜相比，共混膜的阻醇性能及尺寸穩(wěn)定性能更好。 首