SPEEK-HPW及其表面改性質(zhì)子交換膜的制備及性能.pdf

1、作為質(zhì)子交換膜燃料電池核心組件，質(zhì)子交換膜對燃料電池性能的影響起著舉足輕重的作用。商業(yè)化的全氟磺酸質(zhì)子交換膜如Nafion，具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性，然而其高昂的價格、較高的燃料滲透率和高溫時較低的質(zhì)子傳導(dǎo)率，使其在高溫低濕的環(huán)境中難以滿足燃料電池的操作要求?；腔勖衙淹?SPEEK)因其價格低廉、熱穩(wěn)定性高、吸水率高、質(zhì)子傳導(dǎo)率較其他相同磺化度的非氟磺酸膜材料較高，因此被用做質(zhì)子交換膜材料。然而由于SPEEK膜在高磺化度時其溶

2、脹度相對較高，在實際操作中會影響電池的性能，因此應(yīng)進(jìn)一步在保持高質(zhì)子傳遞率的情況下降低其溶脹度。
　　為了進(jìn)一步提高SPEEK膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，將質(zhì)子導(dǎo)體磷鎢酸(HPW)與SPEEK進(jìn)行摻雜，制備不同摻雜量的SPEEK/HPW雜化膜。同時，HPW是水溶性的固體酸，雜化膜中的HPW在水中易發(fā)生流失現(xiàn)象，因此在雜化膜表面進(jìn)行原位聚合苯胺和吡咯的方法來抑制HPW的流失，以期得到綜合性能良好的復(fù)合膜。
　　將不同比例的HPW摻雜到SP

3、EEK中，制備SPEEK/HPW系列雜化膜。SPEEK/HPW-5雜化膜的吸水率為57.01％～92.04％，是SPEEK原膜的1.5倍以上;其在25℃時的質(zhì)子傳導(dǎo)率為71.82mS/cm，是同溫下SPEEK原膜的2.28倍，比80℃時SPEEK原膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率高3.6％;然而其在80℃時的質(zhì)量流失率為44.57％，影響了膜的性能。
　　為了降低HPW的質(zhì)量流失，首先在SPEEK/HPW雜化膜表面進(jìn)行原位聚合苯胺(PANI)，制備

4、不同PANI涂層厚度的SPEEK/HPW-PANI系列復(fù)合膜。SPEEK/HPW-PANI-5在25℃及80℃時的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為32.29mS/cm、91.53mS/cm，比同溫下的SPEEK原膜大幅度提高;在25℃及80℃時的溶脹度分別為32.48％及54.04％，是同溫度下原膜的78.27％及79.68％;25℃浸泡20天后，其質(zhì)量流失率為1.29％，僅為雜化膜(2.07％)的62.32％，原膜(1.68％)的76.79％;80℃

5、浸泡20天后，其質(zhì)量流失率為19.84％，僅為雜化膜(28.93％)的68.58％。
　　為了降低HPW的質(zhì)量流失率，改用原位聚合吡咯，再次對SPEEK/HPW雜化膜進(jìn)行表面修飾，制SPEEK/HPW-PPy系列復(fù)合膜。SPEEK/HPW-PPy-5在25℃及80℃時的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為37.22mS/cm、72.44mS/cm，比同溫下的SPEEK原膜有所提高。在25℃及80℃時的溶脹度分別為30.87％及47.98％，是同溫度下