基于柔性鏈聚合物陰離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池是一種將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，由于其廣泛的應(yīng)用及在解決能源和環(huán)境危機(jī)領(lǐng)域中顯示出的巨大潛能，受到極大關(guān)注。這種燃料電池與其他燃料電池尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池相比，擁有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，通過(guò)轉(zhuǎn)換工作離子從H+到OH-，無(wú)需貴金屬作為電催化劑，因此改善了電極成本和使用壽命。另外，由于其碳?xì)淙剂涎趸^(guò)電位低，降低了燃料的透過(guò)率，使得供給燃料范圍更廣泛，如甲醇、乙醇、乙二醇等。這些優(yōu)勢(shì)使得堿性陰離子交

2、換膜燃料電池極具商業(yè)化前景。堿性燃料電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)在于綜合性能優(yōu)良的堿性陰離子交換膜。堿性膜聚合物電介質(zhì)通過(guò)將帶正電的陽(yáng)離子基團(tuán)連接到聚合物主鏈上的方式，從而能夠傳遞OH-。目前，適用于堿性燃料電池實(shí)際應(yīng)用的具有高的離子傳導(dǎo)率、良好的機(jī)械性能、理想的韌性和優(yōu)異的使用壽命仍然是堿性膜發(fā)展的方向。因此，本文采用脂肪族聚合物為基體材料通過(guò)兩種不同途徑分別制備了一系列導(dǎo)電率和耐堿穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的堿性陰離子交換膜。通過(guò)核磁共振氫譜和傅里葉轉(zhuǎn)換紅外

3、光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。通過(guò)熱重分析對(duì)堿性膜的耐熱穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。為了評(píng)價(jià)堿性膜在燃料電池使用中的性能，對(duì)導(dǎo)電率、離子交換容量、吸水率、溶脹度和耐堿穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。
　　制備新型的由胍基功能化改性的堿性陰離子交換膜。由于該堿性膜的陽(yáng)離子基團(tuán)2-芐基-1,1,3,3-四甲基胍大的空間位阻及穩(wěn)定的共振結(jié)構(gòu)，使得其在60℃的1 M NaOH溶液條件下40 d時(shí)間顯示出良好的耐堿穩(wěn)定性，其具備較高的離子傳導(dǎo)率，室溫下為3.21×10-2

4、 S/cm，80℃下為6.48×10-2 S/cm。該堿性膜在拉伸測(cè)試中，拉伸強(qiáng)度為15.5 MPa，彈性模量99.1 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率100.7%,說(shuō)明制備的胍基改性SEBS堿性陰離子交換膜綜合性能良好。
　　以乙烯基咔唑、甲基丙烯酸丁酯、丙烯腈和實(shí)驗(yàn)室自制的由二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺和溴代十二烷（溴代十六烷）反應(yīng)得到的不飽和長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽共聚合，制備堿性陰離子交換膜。該堿性膜室溫下導(dǎo)電率為3.38×10-2 S/cm，80℃