多長支鏈聚醚砜陰離子交換膜的制備與性能.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AAEMFCs）是一種新型能源技術(shù)，具有清潔、高效、環(huán)境友好等優(yōu)點，受到了世界各國的關(guān)注。堿性陰離子交換膜（AAEMs）是其核心部件之一，用于阻隔燃料與氧化劑的直接接觸，并促進(jìn)氫氧根離子的傳遞，其性能能夠直接影響電池的能量轉(zhuǎn)化效率以及使用壽命。目前，AAEMs仍存在氫氧根離子傳導(dǎo)率低的問題，限制了AAEMFCs的商業(yè)化應(yīng)用。制備兼具高的離子傳導(dǎo)率、良好的尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)良的堿穩(wěn)定性的AAEMs是目前研究的熱點。

2、本論文以胺基取代酚類單體為基礎(chǔ)合成胺基取代的聚醚砜，同時采用具有烷基鏈的功能化離子液體對聚合物進(jìn)行接枝，合成并制備在同一重復(fù)單元內(nèi)具有多個長側(cè)鏈功能化結(jié)構(gòu)的聚醚砜膜，提高局部電荷密度，促進(jìn)膜內(nèi)微相分離，從而形成離子傳輸通道，提高膜的離子傳導(dǎo)率。
　　本文首先制備了一系列不同功能化程度和不同側(cè)鏈長度的多長支鏈咪唑鎓功能化聚醚砜陰離子交換膜（A-PES-ImOH）。測試發(fā)現(xiàn)，對于丁烷側(cè)鏈的聚合物膜，隨著離子交換容量（IEC）從0.83

3、mmol g-1增加到1.46mmol g-1，A-PES-ImOH膜在20℃的離子傳導(dǎo)率由18.6mS cm-1增加到了35.0mS cm-1，表現(xiàn)出較好的離子傳導(dǎo)能力，而其溶脹度僅由5.7%增至15.9%。同時在IEC相當(dāng)?shù)那闆r下，癸烷側(cè)鏈聚醚砜膜表現(xiàn)出比丁烷側(cè)鏈聚醚砜膜更高的離子傳導(dǎo)能力，20℃條件下，離子傳導(dǎo)率達(dá)到46.6mS cm-1。但由于溶解性等的限制，A-PES-ImOH膜的IEC限制在較低水平，膜的整體性能較低。

4、>　　為了改進(jìn)由于溶解度等造成的IEC水平的限制，進(jìn)一步提高膜的離子傳導(dǎo)性能，使用嗎啡啉離子傳導(dǎo)基團(tuán)，制備了具有較高IEC的多長支鏈嗎啡啉功能化聚醚砜陰離子交換膜（A-PES-MmOH）。測試發(fā)現(xiàn)，隨著IEC從1.03mmol g-1增加到1.79mmol g-1，A-PES-MmOH膜在20℃的離子傳導(dǎo)率由21.7mS cm-1增加到54.9mS cm-1。而在80℃下，A-PES-MmOH-30膜的電導(dǎo)率高達(dá)110.4mS cm-1

5、，溶脹度僅為33.5%，表現(xiàn)出良好的離子傳導(dǎo)能力和尺寸穩(wěn)定性。
　　為了進(jìn)一步增加膜內(nèi)的局部電荷密度，提高膜的離子傳導(dǎo)能力，合成了表面嗎啡啉功能化的Al2O3-Mm納米顆粒，將其摻雜在多長支鏈嗎啡啉功能化聚醚砜中，制備了一系列不同摻雜量的A-PES-MmOH-30/Al2O3-MmOH復(fù)合陰離子交換膜。復(fù)合膜的傳導(dǎo)率隨納米顆粒摻雜量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當(dāng)摻雜量為12wt.%時，復(fù)合膜的離子傳導(dǎo)率達(dá)到最高，20℃條件下離