QDPEEK陰離子交換膜的制備及改性.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AAEMFC）相比于質(zhì)子交換膜燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn):堿性環(huán)境下陽(yáng)極氧化反應(yīng)速率高、原料液（尤其是甲醇）滲透率低、對(duì)催化劑選擇性要求較低、水管理相對(duì)簡(jiǎn)單，更適用于直接甲醇燃料電池。堿性陰離子交換膜（AAEM）作為AAEMFC的核心部件，起到傳導(dǎo)陰離子同時(shí)分隔陰陽(yáng)兩極中燃料和氧化劑的作用，其性能直接影響AAEMFC的性能和壽命。
　　電導(dǎo)率低、堿性基團(tuán)穩(wěn)定性差是陰離子交換膜亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文采用三乙烯二胺

2、(DABCO)為季銨化試劑，高性能工程塑料聚醚醚酮(PEEK)為基質(zhì)，制備DABCO季銨化PEEK陰離子交換膜(QDPEEKOH)。DABCO的環(huán)狀結(jié)構(gòu)在堿性溶液中對(duì)Hoffman反應(yīng)不敏感，可以提高堿性基團(tuán)的穩(wěn)定性。利用DABCO的兩個(gè)叔胺N原子，還可以實(shí)現(xiàn)膜的交聯(lián)及雙季銨化改性，提高膜的電性能。
　　首先采用不同氯甲基化取代度(DC)的氯甲基化聚醚醚酮(CMPEEK)和DABCO反應(yīng)制備季銨化聚醚醚酮(QDPEEKCl)膜材料

3、，采用溶液澆鑄法制備QDPEEKOH陰離子交換膜。室溫下，隨著DC增加(35％-68％)電導(dǎo)率從4.11 mS cm-1提高到12.67mScm-1，但同時(shí)膜的溶脹度也顯著增加，當(dāng)DC=72％時(shí)膜溶脹過(guò)度，失去機(jī)械性能，限制了膜電導(dǎo)率的提高。
　　為進(jìn)一步提高膜的電導(dǎo)率，本文采用高取代度膜材料增加離子傳導(dǎo)基團(tuán)數(shù)量，采用環(huán)狀二胺DABCO季銨化的同時(shí)進(jìn)行膜的交聯(lián)以限制溶脹，制備交聯(lián)聚醚醚酮堿性(CL-QDPEEKOH)陰離子交換膜。

4、提出采用氫氧根離子濃度([OH-])綜合離子交換容量和交聯(lián)度對(duì)膜電導(dǎo)率的影響，建立[OH-]及離子遷移能力與膜電導(dǎo)率間的相互關(guān)聯(lián)。通過(guò)優(yōu)化離子交換容量和交聯(lián)度，提高交聯(lián)膜的電性能。其中DC=149％，DCLt（理論交聯(lián)度）=50％交聯(lián)膜的常溫電導(dǎo)率達(dá)到33.4 mS cm-1，約為非交聯(lián)QDPEEKOH膜的2.6倍，溶脹度僅為42.9％。
　　將碘甲烷與QDPEEKCl中DABCO末端自由叔胺反應(yīng)，制備具有較高離子傳導(dǎo)基團(tuán)分布密度