Mg(OH)2摻雜季銨化聚醚砜陰離子交換膜的制備.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池具有電極反應(yīng)速率高，燃料滲透率低，可使用廉價(jià)的非貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)。但由于其核心組件堿性陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)率較低，使其無(wú)法達(dá)到工業(yè)化的要求。所以，制備出離子傳導(dǎo)率更高的堿性陰離子交換膜成為該領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)。本文采用向季銨化的聚醚砜中添加氫氧化鎂納米顆粒的方法，利用特殊形貌以及帶電特性，誘導(dǎo)離子簇的聚集，提高離子傳遞通道的連續(xù)性，從而提高膜的氫氧根傳導(dǎo)率。
　　本文首先通過(guò)微乳法和直接水熱法制備出兩種形貌

2、的氫氧化鎂納米顆粒，電鏡分析可知微乳法制備的氫氧化鎂顆粒為片狀(l-Mg(OH)2)，粒徑為100nm左右。水熱法制備出的納米顆粒為棒狀(r-Mg(OH)2)，棒長(zhǎng)約為45nm，直徑約為20nm。對(duì)氫氧化鎂納米顆粒的XRD圖像進(jìn)行分析，表明兩種氫氧化鎂納米顆粒均為六角晶體結(jié)構(gòu)。
　　進(jìn)而以濃H2SO4為催化劑，PES為基體材料，氯甲基辛基醚(CMOE)為氯甲基化試劑，成功制備CMPES。1H-NMR測(cè)試表明-CH2Cl成功接入到聚

3、合物PES中，并且通過(guò)核磁譜圖積分面積計(jì)算CMPES的氯甲基化程度。使用1-甲基咪唑?yàn)榧句@化試劑對(duì)CMPES進(jìn)行季銨化反應(yīng)成功制備季銨化聚醚砜材料(PES-ImCl)。將季銨化聚醚砜用丙酮重沉淀精制后，使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑，摻雜r-Mg(OH)2成功制備改性陰離子交換膜。
　　為了進(jìn)一步研究不同形貌的顆粒摻雜對(duì)膜性能的影響，將r-Mg(OH)2和l-Mg(OH)2分別摻雜PES-ImCl成功制備PES-ImOH/r

4、-Mg(OH)2膜和PES-ImOH/l-Mg(OH)2膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在吸水率和溶脹度方面，兩種摻雜膜性質(zhì)基本相同。在高溫60℃時(shí)，膜的溶脹度約為30％，吸水率約為70％，說(shuō)明膜有較好的尺寸穩(wěn)定性。在離子傳導(dǎo)率方面，膜的離子傳導(dǎo)率均隨著溫度的升高而增加。對(duì)于兩種不同形貌的氫氧化鎂，都是在添加量為1％時(shí)，存在最大離子傳導(dǎo)率。60℃條件下，PES-ImOH/1％ r-Mg(OH)2膜和PES-ImOH/1％l-Mg(OH)2膜的離子傳導(dǎo)