直接甲醇燃料電池用含芴聚醚砜陰離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、作為眾多燃料電池之一的直接甲醇燃料電池(DMFC)不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、運行溫度和壓力低、高效、高能量密度、環(huán)境友好的特點，且其燃料儲運和補充方便，裝置可模塊化，因此在汽車、便攜式電子設(shè)備和軍用單兵攜帶電源等方面具有極大的應(yīng)用空間。但其商業(yè)化目前仍然受兩大難題的困擾:一是電極催化劑的活性和穩(wěn)定性差，在陽極造成很大的過電位損失;二是廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜（比如Nafion(@)膜）的阻醇性能差。研究報道表明:在燃料電池的甲醇氧化動力學和

2、甲醇滲透方面，使用陰離子交換膜比質(zhì)子交換膜具備更明顯的優(yōu)勢。因此，本課題的主要內(nèi)容是利用含芴聚醚砜類嵌段共聚物制備堿性環(huán)境下具有良好穩(wěn)定性和阻醇性以及高電導(dǎo)率的新型陰離子交換膜，并對膜結(jié)構(gòu)與膜性能之間的關(guān)系進行探討。
　　本文設(shè)計并制備了一種新型的含四甲基聯(lián)苯芴聚醚砜陰離子交換膜:采用直接縮聚的方法合成了該系列的高分子材料，通過對四甲基聯(lián)苯芴結(jié)構(gòu)上的芐基溴化后，利用N，N，N'，N'-四甲基己二胺進行季銨化，堿化，成功制備了一系列

3、親/疏水比例不同的新型陰離子交換膜。所制備的季銨化聚醚砜(QPES)系列膜離子交換容量為1.52～2.36 meq·g-1，在30℃下的含水率為30.98～90.93％。其中，QPES-0.8的電導(dǎo)率及甲醇滲透率(8.85×10-2 S·cm-2及10.38×10-8 cm2·s-1)均優(yōu)于QPES-1.0(6.75×10-2 S·cm-2及14.51×10-8 cm2·s-1)。裝配有QPES-0.8的甲醇/空氣單電池測試獲得了0.8

4、9 V的開路電壓及146 mW·cm-2的峰值功率密度。此外，QPES系列膜在熱穩(wěn)定性、耐堿性、阻醇性能及機械性能方面均表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。
　　本文還通過對相應(yīng)的遙爪端基低聚物進行偶聯(lián)聚合，成功制備了兩類具備幾乎相同骨架，而可化學改性的芐基分別處于砜-芴片段和砜-異丙基片段上的兩類含芴聚醚砜嵌段聚合物F-MPES和I-MPES，經(jīng)由對芐基的溴化，季銨化及堿化反應(yīng)，成功制備了兩類主鏈相同而親水性季胺基團處于不同片段的陰離子交換膜F-