非水質(zhì)子導(dǎo)體聚合物復(fù)合膜的研制及其在燃料電池中的應(yīng)用.pdf

1、燃料電池是一種直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有能量密度高、無污染、積木化組裝的特點(diǎn)，可以作為手機(jī)、電腦等便攜式電源，也可以作為汽車、小型電站等電源，被認(rèn)為是最有前景的新型清潔能源。目前商用的全氟磺酸膜以水做質(zhì)子傳導(dǎo)介質(zhì)，存在高溫易脫水、甲醇滲透率高、價格昂貴等問題。因此開發(fā)非氟中溫質(zhì)子交換聚合物膜對燃料電池的發(fā)展具有重要意義。
　　本論文主要研究了基于質(zhì)子型離子液體、表面功能化SiO2納米粒子，以及功能化石墨烯的

2、聚合物復(fù)合膜的制備，及其在中溫燃料電池和甲醇燃料電池中的應(yīng)用。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　?。?）合成并表征了1-丁基三唑三氟甲磺酸鹽BTr[TFO]、1-丁基三唑磷酸鹽BTr[H2PO4]和1-丁基三唑硫酸鹽BTr[HSO4]三種基于三唑的質(zhì)子型離子液體及可聚合型離子液體乳化劑1-（2-甲基丙烯酰氧十一烷基）-3-甲基咪唑溴化鹽（b-Br），配制了含有三唑離子液體/(苯乙烯+丙烯腈)/b-Br微乳液，并在室溫下繪制了該微乳

3、液體系的擬三元相圖。通過光引發(fā)聚合微乳液體系制備了質(zhì)子交換聚合物復(fù)合膜，該質(zhì)子交換聚合物復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性，較高的電導(dǎo)率，在140℃時最高電導(dǎo)率達(dá)到1.3×10-2S/cm。
　?。?）設(shè)計合成了聚酰胺-胺（PAMAM）三氟甲磺酸鹽、聚酰胺-胺（PAMAM）磷酸鹽和聚酰胺-胺（PAMAM）硫酸鹽等質(zhì)子型大分子離子液體，以聚(苯乙烯-丙烯腈)為基體制備了基于大分子離子液體的高溫質(zhì)子交換聚合物復(fù)合膜。該質(zhì)子交換膜透明，有韌性，熱

4、分解溫度350?C以上，具有較高的電導(dǎo)率，160℃時達(dá)到1.2×10-2S/cm。與基于小分子離子液體的質(zhì)子交換膜相比，該膜具有更高的電導(dǎo)率，并且能夠更牢固的和聚合物膜相結(jié)合，不易析出。
　?。?）通過親核縮聚制備了含氟聚苯并咪唑，設(shè)計合成了兩性離子表面修飾的二氧化硅納米粒子(ZC-SiO2)，以ZC-SiO2為添加劑制備磷酸摻雜的聚苯并咪唑/兩性離子修飾二氧化硅粒子雜化質(zhì)子交換聚合物膜。該質(zhì)子交換膜透明、柔軟、具有熱穩(wěn)定性及優(yōu)異

5、的機(jī)械性能，160℃時電導(dǎo)率達(dá)到1.0×10?2Scm?1。ZC-SiO2的摻雜稍微增強(qiáng)了雜化膜的化學(xué)穩(wěn)定性，大大提高了聚合物膜的磷酸吸附能力。另外，ZC-SiO2對抑制磷酸的析出具有良好的效果。
　?。?）設(shè)計合成了磺酸化的兩性石墨烯(ZC-GO)，以聚苯并咪唑為基體，磺酸化石墨烯為質(zhì)子載體制備PBI/ZC-GO質(zhì)子交換聚合物復(fù)合膜，該質(zhì)子交換膜具有良好的熱穩(wěn)定性，較高的電導(dǎo)率，100％相對濕度，80?C時其電導(dǎo)率達(dá)到2.2×1