強磁場處理稀土金屬氧化物改性磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜研究.pdf

1、目前，直接甲醇燃料電池(DMFC)中核心部分三合一電極的質(zhì)子交換膜(PEM)采用全氟磺酸膜。但是全氟磺酸膜存在兩個問題：一是甲醇從陽極向陰極透過率高，造成原料浪費及電極催化劑中毒；二是制作成本高，價格昂貴。因此，新型質(zhì)子交換膜的開發(fā)備受關(guān)注。本文采用稀土金屬氧化物改性磺化聚醚醚酮(SPEEK)，制備出一系列有機/無機復(fù)合膜，并對復(fù)合膜進行強磁場處理，系統(tǒng)研究復(fù)合膜的各項性能，具有一定的理論意義和實用價值。 本文分別采用氧化鈰(C

2、eO2)、氧化釔(Y2O3)對SPEEK進行摻雜改性，制備一系列摻雜量不同的復(fù)合膜，經(jīng)電導(dǎo)率、透醇系數(shù)和吸水率測試，結(jié)果表明：SPEEK/CeO2復(fù)合膜與SPEEK/Y2O3復(fù)合膜的電導(dǎo)率大于未摻雜改性膜，且隨著摻雜量的增加表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢；在30℃～70℃之間電導(dǎo)率隨溫度上升而提高，大于70℃時電導(dǎo)率有所下降；Y2O3摻雜的復(fù)合膜電導(dǎo)率略小于CeO2摻雜膜；兩種摻雜復(fù)合膜的甲醇透過系數(shù)均隨著摻雜量的增加而降低，Y2O3摻雜的復(fù)

3、合膜阻醇性能優(yōu)于CeO2摻雜膜；兩種摻雜復(fù)合膜的吸水率均隨著摻雜量的增加而降低，Y2O3摻雜的復(fù)合膜在水中穩(wěn)定性優(yōu)于CeO2摻雜膜。 采用6特斯拉的強磁場對改性復(fù)合膜進行處理，并研究不同磁場方向的處理對復(fù)合膜性能的影響。經(jīng)強磁場垂直或平行處理的復(fù)合膜，其水中穩(wěn)定性未見明顯變化：經(jīng)強磁場垂直處理后，復(fù)合膜阻醇性能優(yōu)于未經(jīng)強磁場處理的復(fù)合膜，而質(zhì)子傳導(dǎo)性能卻略有下降；經(jīng)強磁場平行處理后，復(fù)合膜阻醇性能無明顯變化，但其質(zhì)子傳導(dǎo)性能優(yōu)于

4、未經(jīng)處理或經(jīng)強磁場垂直處理的復(fù)合膜。對各種復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)、阻醇和水中穩(wěn)定性能進行綜合評價，確定48.3％DS、5％Y2O3摻雜、經(jīng)強磁場平行處理的SPEEK復(fù)合膜的綜合性能最佳。 采用傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜、X-射線衍射、掃描電鏡以及全息成像技術(shù)，對兩種摻雜的復(fù)合膜進行結(jié)構(gòu)分析，查明CeO2與SPEEK分子鏈上磺酸基團及羰基發(fā)生相互作用，Y2O3與SPEEK分子鏈上羰基發(fā)生配位反應(yīng)，Y2O3與磺酸基團之間的相互作用強于前者膜中Ce