中高溫燃料電池用納米磷酸鈰-后交聯(lián)聚苯并咪唑復(fù)合膜的制備及性能表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種環(huán)境友好,高效的能源被應(yīng)用于航天軍工、交通運輸、分散式電站和移動電源等領(lǐng)域。目前，PEMFC的發(fā)展主要集中在高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(HTPEMFC)，這類燃料電池具有電極反應(yīng)動力學(xué)迅速、水熱管理簡單、燃料選擇范圍大、可以進行熱電聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點。其中磷酸摻雜聚苯并咪唑(PBI)憑借優(yōu)秀的穩(wěn)定性和高溫質(zhì)子傳導(dǎo)能力使其在HTPEMFC領(lǐng)域備受矚目。
　　然而，市售的PBI樹脂在制膜時存在磷酸含量偏低、

2、可加工性能低下和抗氧化性能不足的問題。本論文針對這些問題設(shè)計了微波后交聯(lián)法與溶膠-凝膠法的復(fù)合工藝，制備了一系列高磷酸摻雜量的交聯(lián)型PBI膜;為了進一步提高膜的抗氧化性，首次將納米磷酸鈰作為自由基淬滅劑引入到PBI膜中，制備的了磷酸鈰/后交聯(lián)PBI復(fù)合膜，使膜的尺寸穩(wěn)定性和抗氧化有了較大的提高。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、通過水熱法制備了納米磷酸鈰，探索了反應(yīng)酸度對納米磷酸鈰形貌的影響，并用硅烷偶聯(lián)劑KH550對其進行了表面改性，

3、對修飾前后的納米磷酸鈰進行了FT-IR，TEM，XRD等表征。并設(shè)計實驗證明了所制備的納米磷酸鈰可以淬滅芬頓試劑中氫氧自由基，淬滅效率達到64％。
　　利用丙烯酸甲酯和多乙烯多胺合成了4種N-取代多乙烯多胺丙酸甲酯交聯(lián)劑，并對其進行了FT-IR，1HNMR表征。
　　3、在微波條件下，通過調(diào)節(jié)聯(lián)苯四胺(DAB)與己二酸或2，6-吡啶二甲酸單體的摩爾比(比值分別為1.06、1.09、1.14、1.2、1.25)，分別合成了5種

4、不同片段長度的含脂肪鏈PBI低聚物(Hex-1～5)和含吡啶單元PBI低聚物(Py-1～5)。利用這些低聚物分別與N-取代多乙烯多胺丙酸甲酯在微波條件下交聯(lián)，首次探索了后交聯(lián)法與溶膠-凝膠法相結(jié)合的制膜技術(shù)，制備了16種新型的交聯(lián)PBI膜。通過抗氧化性、質(zhì)子傳導(dǎo)率、機械性能測試表明低聚物Hex-1、Py-1與交聯(lián)劑乙二胺四丙酸甲酯(ETDA-4MA)制備的交聯(lián)型PBI膜具有最好的綜合性能。
　　將1wt％納米磷酸鈰作為自由基淬滅劑

5、與低聚物Hex-1、Py-1共混后在微波條件下與ETDA-4MA交聯(lián)，制備了相應(yīng)的交聯(lián)型PBI復(fù)合膜，并考察了所制備的復(fù)合膜的機械性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)率等性質(zhì)，結(jié)果表明添加1wt％納米磷酸鈰交聯(lián)PBI膜的整體性能都有一定程度的提高。添加1wt％納米磷酸鈰的Hex-1-ETDA-4MA膜在室溫168小時芬頓測試后的質(zhì)量殘留率為89％，160℃干燥環(huán)境中的質(zhì)子傳導(dǎo)率為79mS·cm-1;添加1wt％納米磷酸鈰的復(fù)合膜Py-1