DMFC用有機-無機復合質(zhì)子交換膜的制備研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜是直接甲醇燃料電池(DMFC)的核心材料，起著分隔陰陽兩極、傳輸水合質(zhì)子等重要作用。商業(yè)化的Nafion膜在氫氧(空)質(zhì)子交換膜燃料電池中已取得了成功的應用，但用于DMFC時存在甲醇滲透率高、尺寸穩(wěn)定性差等缺陷。本文以自制磺化聚醚醚酮(sPEEK)作為基體聚合物，制備了磺化聚醚醚酮/磷酸鋯(sPEEK/ZrP)復合質(zhì)子交換膜和交聯(lián)磺化聚醚醚酮/二氧化硅(xsPEEK/SiO2)復合膜，有效地提高了膜的阻醇性能和尺寸穩(wěn)定性。

2、 1、以sPEEK為基體，采用溶膠-凝膠法原位生成磷酸鋯(ZrP)，制備了sPEEK/ZrP復合質(zhì)子交換膜，研究了復合膜的結(jié)構(gòu)和性能。研究結(jié)果表明：α-ZrP在聚合物基體中原位生成，并與有機基體結(jié)合緊密；ZrP的加入提高了復合膜的熱穩(wěn)定性和阻醇性能，當ZrP含量為30wt.％時，復合膜的甲醇滲透系數(shù)比sPEEK膜降低了47.5％；在100％相對濕度條件下，復合膜的穩(wěn)定溫度隨ZrP的含量增加而升高，含ZrP 20wt.％以上的復合膜能

3、穩(wěn)定到80℃以上；質(zhì)子傳導率在低溫下略有降低，但隨溫度的升高質(zhì)子傳導率有所增加，當溫度為80℃時，質(zhì)子傳導率與Nation115膜相當。 2、以硼氫化鈉(NaBH4)為還原劑將sPEEK的羰基還原，合成了含羥基sPEEK中間體聚醚醚醇(sPEEA)；以正硅酸乙酯(TEOS)為前驅(qū)體，控制水解過程制備硅溶膠；按比例混合sPEEA和硅溶膠，再以硫酸為脫水劑制備交聯(lián)復合膜(xsPEEK/SiO2)。研究了sPEEK還原反應和TEOS的

4、水解縮合反應規(guī)律，測試了交聯(lián)產(chǎn)物的交聯(lián)度、溶脹度，以及交聯(lián)復合膜的微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)子傳導率、甲醇滲透系數(shù)等。 結(jié)果表明：制備的交聯(lián)膜都具有100％的交聯(lián)度，隨硫酸用量的增大，膜的溶脹度逐漸減小，甚至小于Nation115。TEOS的凝膠時間隨溫度的升高和乙醇用量的減少而縮短，SiO2在復合膜中分散良好。不同SiO2含量復合膜的質(zhì)子傳導率均高于Nation115，且隨溫度的升高和SiO2含量的減少而增大，膜的甲醇滲透系數(shù)隨SiO2含量