含有雜萘聯(lián)苯的聚芳醚電解質(zhì)膜研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)以其高效、高能量密度、低排放和燃料儲運(yùn)及補(bǔ)充方便等特點(diǎn)被認(rèn)為是適應(yīng)未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。目前，DMFC主要面臨兩大難題：一是通常使用的質(zhì)子交換膜的阻醇性能較差；二是陽極催化劑對甲醇反應(yīng)的催化活性較低。研制耐高溫和高導(dǎo)電性的質(zhì)子交換膜，使電池的工作溫度提高，可以提高催化劑的催化活性，同時簡化系統(tǒng)的熱管理。因此，本論文在新型阻醇質(zhì)子交換膜和耐高溫的質(zhì)子交換膜方面進(jìn)行了新的嘗試。 含二氮雜萘酮

2、結(jié)構(gòu)聚醚酮(PPEK)、聚醚砜(PPES)和聚醚砜酮(PPESK)系列聚合物具有熱穩(wěn)定性高和機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)異特性。作為一種碳?xì)渲麈溇酆衔?，該系列聚合物相對全氟磺酸聚合物而言價格低廉。 以含雜萘聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的系列聚合物為基材我們制得了一系列不同磺化度的磺化雜萘聯(lián)苯聚醚酮(SPPEK)、磺化雜萘聯(lián)苯聚醚砜(SPPES)和磺化雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮(SPPESK)膜，首次考察了這類膜用于DMFC的可行性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磺化度為50％的SPPEK膜、

3、磺化度為49％的SPPES膜在高溫下的電導(dǎo)率在10-2S·cm-1，磺化度為131％的SPPESK膜在高溫下的電導(dǎo)率接近Nafion膜。同時這三種膜的阻醇性能均優(yōu)于Nafion膜。三種膜在不同溫度下的電導(dǎo)率和甲醇透過系數(shù)的綜合性能評價指標(biāo)均高于Nafion115膜。 雜多酸具有較高的電導(dǎo)率和良好的熱穩(wěn)定性，是一類高性能的質(zhì)子導(dǎo)體。但是出于其易溶于水、無法成膜等缺點(diǎn)導(dǎo)致其不能作為固體電解質(zhì)在燃料電池中使單獨(dú)用。PPEK具有較高的熱

4、穩(wěn)定性和良好的成膜性，但本身不具有質(zhì)子導(dǎo)電性。因此我們考察了一系列PPEK為基體的雜多酸摻雜膜的性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磷鎢酸(PWA)和硅鎢酸(SiWA)摻雜PPEK膜中，雜多酸團(tuán)聚成顆粒分散在PPEK相中，膜的導(dǎo)電性較差。在PPEK中加入親水性的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)共混，并進(jìn)行雜多酸的摻雜，得到的復(fù)合膜的電導(dǎo)率比共混前顯著提高。但PPEK與PVP間存在相分離，雜多酸主要存在于PVP相中。通過磺化對PPEK進(jìn)行了親水改性，PWA在SP