聚苯醚基高溫質(zhì)子交換膜的制備與表征.pdf

1、燃料電池(Fuel Cell),是將燃料（氫氣、碳?xì)浠衔锏龋┲械幕瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。其中,高溫質(zhì)子交換膜燃料電池由于燃料電池運(yùn)行溫度的提高,提高了鉑基催化劑對(duì)一氧化碳(CO)的耐受性、同時(shí)提高電化學(xué)反應(yīng)速率、降低對(duì)燃料純度的要求和簡化水熱管理系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn),成為被世界范圍內(nèi)廣泛研究的燃料電池之一。作為高溫質(zhì)子交換膜燃料電池核心部件的高溫質(zhì)子交換膜的開發(fā)和研究也備受重視。雖然以聚苯并咪唑(PBI)為代表的高溫質(zhì)子交換膜被認(rèn)為是

2、最有前途的膜材料,但由于其溶解性差、制備過程復(fù)雜、難以加工等缺點(diǎn)限制其商業(yè)化的應(yīng)用。因此,高效、成本低、制作過程簡單、易于加工、耐高溫特別是無水環(huán)境下高質(zhì)子傳導(dǎo)率的新型高溫質(zhì)子交換膜的開發(fā)成為亟需解決的問題。
　　本論文選用成本低,擁有優(yōu)異熱穩(wěn)定性、電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)簡單易于加工改造的聚苯醚(PPO)作為高溫質(zhì)子交換膜的基體。通過對(duì)聚苯醚的改造得到摻雜磷酸的聚苯醚基高溫質(zhì)子交換膜,并對(duì)其進(jìn)行表征和性能研究。具體研究內(nèi)容如下:

3、　　第一部分:咪唑化聚苯醚基高溫質(zhì)子交換膜的制備與性能研究
　　通過聚苯醚的溴甲基化反應(yīng)得到溴代聚苯醚(BPPO),然后將BPPO分別與1-甲基咪唑、1-乙基咪唑、1-丙基咪唑、1-丁基咪唑、1-乙烯基咪唑反應(yīng)得到含有不同烷基咪唑基團(tuán)的咪唑化聚苯醚（Im-PPO）。通過溶液澆鑄法成膜并對(duì)膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行測試。隨咪唑烷基側(cè)鏈長度的增加,膜的性能存在差異。通過研究,引入1-甲基咪唑(1-MeIm)的(MeIm-PPO)高溫質(zhì)子交換膜性

4、能最為優(yōu)異,其中質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到37 mS/cm。
　　第二部分:季胺化聚苯醚基高溫質(zhì)子交換膜的制備與性能研究
　　通過聚苯醚的溴甲基化反應(yīng)得到溴代聚苯醚(BPPO),將BPPO與三甲胺、三乙胺、三丙胺反應(yīng)得到不同季胺化聚苯醚(QPPO)。通過溶液澆鑄法制備高溫質(zhì)子交換膜,并對(duì)膜的性能進(jìn)行表征和測試。得到引入三甲胺側(cè)鏈的TriMe-PPO復(fù)合膜性能最好,質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到30mS/cm。
　　第三部分:基于離子液體聚苯醚基高