離子液體[Bmim]BF4和[dema][TfO]復合膜的制備與性能研究.pdf

1、燃料電池是把燃料的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。其中，質子交換膜燃料電池(PEMFC)使用一種固體聚合物膜作為電解質，適用于作便攜式移動電源，對環(huán)境友好，是目前能源領域研究和開發(fā)的熱點。質子交換膜(PEM)是質子交換膜燃料電池的核心，是一種選擇透過性功能高分子膜，主要起傳導質子、絕緣電子、隔離氧化劑與還原劑的作用。燃料電池的輸出功率、電池效率以及成本都強烈地依賴于質子交換膜。目前，PEMFC主要使用全氟磺酸膜，如Naifon@膜。盡管

2、Nation@膜具有質子導電率高、化學穩(wěn)定性好和機械強度高等優(yōu)點,但因這些優(yōu)點受溫度(<100℃)和加濕的局限,而且由于具有成本高、甲醇滲透率大和水管理困難等缺點，極大限制了PEMFC的應用。因此，研發(fā)出較高溫(>100℃)且不加濕條件下,導電性好、熱穩(wěn)定性高的膜材料是具有挑戰(zhàn)性的課題。
　　離子液體由于具有低熔點、難揮發(fā)、高電導率、電化學窗口寬及良好的熱化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，有望成為中溫PEMFC的理想電解質。但是，由于液態(tài)電解質，

3、儲存運輸不方便,需要加入化學穩(wěn)定性固體，如SiO2作為載體與離子液體可成為無機-有機質子雜化膜。
　　本文以硅氧烷為前驅體通過溶膠-凝膠法制備離子液體摻雜的無機-有機復合膜,確定其結構和熱穩(wěn)定性，研究了在無加濕條件下,離子液體的負載量以及溫度對復合膜電導率的影響,其主要結果如下:
　　1）以N-甲基咪唑、溴代正丁烷及硼氫化鈉為原料，通過兩步法合成室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Bmim]BF4)；以N,N-二

4、乙基甲胺、三氟甲基磺酸為原料，通過直接法合成室溫離子液體N,N-二乙基甲胺三氟甲基磺酸鹽([dema][TfO])；
　　2）通過溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯(TEOS)為前驅體首次得到離子液體[Bmim]BF4摻雜的光滑、透明、均勻的復合膜，同法得到[dema][TfO]摻雜的復合膜，膜厚皆為0.5～1.0mm；
　　3）IR結果表明，硅膠與離子液體之間是以分子間的作用相結合，并非形成新的化學鍵；熱重-差熱（TG/DSC）分

5、析結果表明，兩種復合膜熱分解溫度大于300℃,顯示出很好的熱穩(wěn)定性，適合中溫燃料電池的條件；
　　4）電導率測試結果表明，電導率與負載量和溫度具有正相關性。在150℃非加濕條件下，60％[Bmim]BF4摻雜硅膠的電導率為1.3×10-2S/cm，60%[dema][TfO]摻雜硅膠的電導率為1.6×10-2S/cm。復合膜展現(xiàn)出良好的電導率，有望成為燃料電池質子交換膜潛在的材料；
　　5）對于兩種離子液體[Bmim]BF4

6、和[dema][TfO]摻雜形成的無機-有機復合膜的電導率和活化能的比較的分析結果表明，離子液體的分子結構不同，對復合膜的質子傳導機制的影響也不同，離子液體與無機基質的相互作用越強，質子傳導能越??；
　　6）比較復合膜與Nafion膜的導電性，結果表明：在無加濕條件下，電導率的順序為：低溫（≤60℃）時，Nafion>硅烷-IL復合膜>IL/Nafion硅烷-IL復合膜，但是溫度高于80℃時，Nafion易分解，電導率順序為：硅烷