DMFC用阻醇質(zhì)子交換膜的研究.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(chǔ)運(yùn)及補(bǔ)充方便等特點(diǎn)被認(rèn)為是適應(yīng)未來(lái)能源和環(huán)境要求的理想動(dòng)力源之一。目前，燃料電池中廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜（Nafion（））主要存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是甲醇透過(guò)率高，即膜的阻醇性能較差；二是價(jià)格昂貴。因此新型高效阻醇質(zhì)子交換膜的研制成為DMFC領(lǐng)域的重要課題。 考慮到質(zhì)子、水和甲醇在DMFC膜中傳遞相互制約性，本研究將目標(biāo)膜視為優(yōu)先透過(guò)質(zhì)子的質(zhì)子－甲醇分離膜。借鑒膜

2、分離過(guò)程的溶解擴(kuò)散機(jī)理來(lái)設(shè)計(jì)和選擇阻醇膜材料，進(jìn)行阻醇質(zhì)子交換膜的研制。 本研究采用阻醇性能良好的聚陽(yáng)離子電解質(zhì)殼聚糖（CS）與含有大量-COOH與-SO3H基團(tuán)的聚陰離子電解質(zhì)聚（丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（P（AA-AMPS））共混制備了離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)的互穿網(wǎng)絡(luò)型CS/P（AA-AMPS）聚電解質(zhì)膜。隨著P（AA-AMPS）含量的增加，共混膜的甲醇滲透率降低，質(zhì)子傳導(dǎo)率升高。P（AA-AMPS）在膜中具有離子交聯(lián)

3、和質(zhì)子導(dǎo)體的雙重作用。P（AA-AMPS）含量為41％的CS/P（AA-AMPS）聚電解質(zhì)膜的甲醇滲透率為2.41×10-7c㎡/s，為Nafion（）117膜甲醇滲透率的1/15，其質(zhì)子傳導(dǎo)率高達(dá)3.59×10-2S/cm。從而CS/P（AA-AMPS）膜的綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)（β=σ/P）顯著增加，最高達(dá)到15.0×104Ss/cm3，為Nafion（）117膜的8倍。 本研究采用氨基三亞甲基膦酸（ATMP）、乙二胺四亞甲基膦酸

4、（EDTMP）和己二胺四亞甲基膦酸（HDTMP）三種有機(jī)膦酸（organophosphorus acid，OPA），摻雜在阻醇性能良好的聚乙烯醇/殼聚糖（polyvinyl alcohol/chitosan，PVA/CS）共混高分子中，制備了OPA摻雜的共混膜。結(jié)果表明，OPA摻雜PVA/CS共混膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力得到顯著提高，是未摻雜OPA的PVA/CS共混膜的2～4倍，與Nafion（）117膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率（5.04×10-2S/cm

5、）相當(dāng)。ATMP，EDTMP以及HDTMP摻雜量最高時(shí)，OPA摻雜共混膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別達(dá)到最高，為3.58×10-2、3.51×10-2、2.61×10-2S/cm。EDTMP摻雜的PVA/CS膜的甲醇滲透率在EDTMP含量為13.9％達(dá)到最低值2.32×10-7c㎡/s，為Nafion（）117膜的1/16。同時(shí)，ATMP，EDTMP與HDTMP摻雜PVA/CS共混膜的綜合性能指標(biāo)均有明顯提高。此外，共混膜的熱穩(wěn)定性與氧化穩(wěn)定性也有