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文檔簡介
1、燃料電池由于其清潔、高效、能量密度高等優(yōu)點而成為解決能源與環(huán)境問題的熱點之一。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是燃料電池的一種,它的核心是質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane,PEM)。PEM起到阻隔電子導通質(zhì)子和隔絕燃料及氧化劑的作用。目前最為廣泛使用的是Nation系列的PEM,該膜材料的導電需要水的參與,因此工作溫度小于80℃。當燃料電池
2、在低溫工作時催化劑的電化學活性低,且易發(fā)生中毒。提高工作溫度不僅可以解決此類問題還有利于催化反應動力學,有利于提高燃料電池的整體效能。因此,研究中溫、不加濕條件下導電的膜材料是PEMFC領域亟待解決的問題之一。
離子液體(Ionic Liquid,IL)由陰離子和陽離子構成,是一種可以在中溫條件下傳導質(zhì)子的熔融鹽。但液態(tài)的IL需要搭載才能應用于PEM。高聚物有著良好的熱穩(wěn)定性和一定的機械強度,可以作為載體。但這種復合膜有IL滲
3、漏的問題。因此有必要引入能增加離子液體保留的固體氧化物,如氧化硅。
本文使用正硅酸乙酯(TEOS)、高聚物磺化聚醚醚酮(SPEEK)與離子液體N,N-二乙基-甲基三氟甲基磺酸鹽([dema][OTf])制備復合膜。研究了復合膜的結構、熱穩(wěn)定性、機械性能、離子液體流失及其溶脹等性能,并研究了在中溫、不加濕條件下,復合膜電導率,其主要結果如下:
1)通過溶膠-凝膠技術使用不同磺化度的SPEEK與TEOS以及[dema][
4、OTf]離子液體成功制備了SP/SiOx/OTf復合膜,為了與之對比制備了SP/OTf復合膜。所制備復合膜厚度在0.2~0.4mm之間;
2)紅外光譜結果表明,SPEEK與IL間存在分子間作用力,網(wǎng)狀氧化硅的引入,由于硅羥基與IL以及SPEEK存在相互作用,使分子間作用力加強,復合膜展現(xiàn)出良好的化學穩(wěn)定性;
3) TG結果表明,SP/OTf復合膜在250℃以內(nèi)有良好的熱穩(wěn)定性,而硅氧烷的加入使SP/SiOx/OTf復
5、合膜中磺酸基團的熱穩(wěn)定性進一步提高;
4)離子液體流失結果表明,SP/OTf復合膜中,隨著SPEEK磺化度的提高可以減少IL的流失但會增加復合膜的溶脹,而氧化硅的加入不僅能進一步減少SP/SiOx/OTf復合膜中IL的流失,還可以解決復合膜過分溶脹的問題;
5)動態(tài)熱力學分析結果表明,氧化硅的引入使SP/SiOx復合膜變得柔軟,離子液體加入后SP/SiOx/OTf復合膜剛性進一步減小,展現(xiàn)出柔韌、不易碎的特點;
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