用于堿性燃料電池的吡咯烷酮鎓鹽型陰離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、研究表明堿性陰離子交換膜燃料電池結(jié)合了傳統(tǒng)堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn):更快、更好的穩(wěn)定催化劑電化學(xué)反應(yīng)和在更高的pH值應(yīng)用中更好的耐腐蝕性。堿性陰離子交換膜的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起了人們研究聚合物體系結(jié)構(gòu)和合成方法的興趣。
　　作為堿性陰離子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組成部件之一，高性能的陰離子交換膜是保障堿性陰離子膜燃料電池前提，因此本論文開(kāi)展了以下研究:
　　(1)以N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone，

2、NVP)和碘甲烷為原料，合成了一種可聚合的鹵代吡咯烷酮鎓鹽N-乙烯基-N-甲基碘化吡咯烷酮(CVPnI)，因含有不飽和的雙鍵，可與其他單體發(fā)生聚合反應(yīng)。將合成的CVPnI與甲基丙烯酸正丁酯(BMA)按不同的反應(yīng)比例進(jìn)行自由基共聚合反應(yīng)，得到聚合物經(jīng)過(guò)相轉(zhuǎn)化法成膜后再在堿液中進(jìn)行離子交換，得到了一系列新型的陰離子交換膜CVPnOH/BMA。本論文對(duì)其進(jìn)行了一系列測(cè)試表征:通過(guò)TGA測(cè)試表明，該陰離子交換膜表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性，膜的初始熱降

3、解溫度在285℃左右;通過(guò)測(cè)試膜的含水率(WU)、離子交換容量(IEC)及電導(dǎo)率表明，該氫氧型陰離子交換膜的WU、IEC和電導(dǎo)率均隨著膜中吡咯烷酮陽(yáng)離子基團(tuán)含量增加而增加，因?yàn)槟さ暮屎碗妼?dǎo)率受到共聚單體的水合性質(zhì)的影響。膜的含水量的變化為31.25-53.12％，離子交換容量為1.10-1.54mmolg-1，30℃下膜的電導(dǎo)率為0.7-1.53×10-2Scm-1，隨著溫度的升高膜的電導(dǎo)率也隨之增加;將該CVPnOH/BMA膜經(jīng)過(guò)

4、1-6molL-1NaOH溶液在60℃下浸泡120h后，該膜依然具有比較好的電導(dǎo)率。將陰離子交換膜用于制備了膜電極，用于H2/O2燃料電池中進(jìn)行初步的測(cè)試，在30℃下，電池具有較高的開(kāi)路電壓，可達(dá)到1.056V，燃料電池的功率密度峰值為35.58mW·cm-2，是在電流密度為120mA·cm-2下測(cè)得的，測(cè)試結(jié)果表明該陰離子交換膜具有較好的應(yīng)用于燃料電池中的前景。結(jié)果表明:通過(guò)對(duì)不同比例制得的陰離子交換膜進(jìn)行對(duì)比考察，以反應(yīng)摩爾比為1∶

5、2.5的SampleA在同樣環(huán)境條件測(cè)得的各方面性能最優(yōu)。
　　(2)制備咪唑型陰離子交換膜膜電極(MEA)，Pt載量范圍為0.4-1.8mg·cm-2的膜電極，測(cè)試結(jié)果表明開(kāi)路電壓較為相近，在0.952V-1.098V之間。當(dāng)Pt載量為1.2mg·cm-2時(shí)，開(kāi)路電壓最大V=1.098V，其電壓效率最高η電壓=89.34％。功率密度隨著Pt載量的增加而增大，相同Pt擔(dān)量下，流速在800mL·min-1L·min-1時(shí)可以得到較高