燃料電池用陰離子交換膜的制備及其性能研究.pdf

1、燃料電池(FuelCells)，作為一種高效、環(huán)保的新能源技術，在通信、軍事、交通運輸?shù)阮I域有廣闊的應用前景。堿性陰離子交換膜燃料電池（Alkaline anionexchange membranes fuel cells，AAEMFCs），是燃料電池的一個分支，這種燃料電池結合了傳統(tǒng)的堿性燃料電池和聚合物電解質燃料電池的優(yōu)點。AAEMFCs的工作環(huán)境是堿性的，所以在AAEMFCs中可以使用非貴重金屬作為電極催化劑，而且氫氧根基團的傳遞

2、方向與液體燃料，諸如甲醇、乙二醇、乙醇等傳遞方向相反，可消除因電滲析產生的液體燃料滲透，同時陽極產物水可以作為陰極的反應物簡化了電池的水管理系統(tǒng)。
　　 堿性陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的關鍵部件，起傳遞氫氧根基團和分隔陰陽極作用。本論文制備了兩種陰離子交換膜，并對兩種陰離子交換膜在AAEMFCs中的應用進行了評估。
　　 一是以乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜（Ethylene Tetra Fluoro Ethyle

3、ne，ETFE）為基底膜，采用預輻射接枝技術制備了多季銨鹽型陰離子交換膜?；啄TFE，在鈷源中氮氣氣氛下預輻射劑量為90KGy，在輻射產生的陷落自由基的引發(fā)下，在膜上先接枝對氯甲基苯乙烯(VBC)，然后經(jīng)過三乙烯二胺(DABCO)交聯(lián)季銨化、對二氯芐(DCX)烷基化、三甲胺(TMA)二次季銨化，經(jīng)氫氧化鉀(KOH)堿化后，最后得到堿性多季銨鹽陰離子交換膜(Alkaline anion exchangemembranes，AAEMs)

4、。根據(jù)第一步接枝反應，VBC接枝率的不同，考察了三個系列（Membrane＃l、Membrane＃2、Membrane＃3）的陰離子交換膜的物理及電化學性能。制備的三個系列陰離子交換膜，30℃時電導率分別為3.1x10-2Scm-1、3.9×10-2Scm-1及2.6×10-2Scm-1，并且在20~80℃范圍內膜的電導率隨著溫度的升高而不斷變大。以Membrane＃2系列膜為主要研究對象制備了膜電極，并考察了其在H2/02燃料電池中的

5、應用。測試環(huán)境中不存在任何液體電解質，40℃的測試溫度下，燃料電池的開路電壓為1.034V，功率密度峰值為48mWcm-2，是在電流密度為69mAcm-2下測得的。這種多季銨鹽型陰離子交換膜展示在燃料電池中應用的良好前景，下一步工作著重于膜電極制備工藝的改進和燃料電池操作條件的優(yōu)化。
　　 二是以二甲基二烯丙基氯化銨(Dimethyl diallyl ammonium chloride，DMDAAC)和甲基丙烯酸正丁酯(N-bu

6、tyl methacrylate，BMA)為單體，采用自由基聚合的方法，合成了聚合物DMDAAC/BMA，并成膜制備了DMDAAC/BMA聚合物陰離子交換膜。研究了反應溶劑種類、引發(fā)劑種類、聚合助劑等因素對聚合反應的影響，優(yōu)化了聚合反應的條件。確定了DMDAAC/BMA聚合的最佳反應條件是為以甲苯作為溶劑，溶劑和單體體積比為1:1，AIBN作為引發(fā)劑，引發(fā)劑用量是單體的1％(wt)，聚合助劑采用0.01%(wt)的Na2EDTA，反應時