基于納米二氧化鋯的雜化堿性膜的制備及性能.pdf

1、近些年來堿性陰離子交換膜燃料電池作為一種新興的能源提供裝置，逐漸成為電池領(lǐng)域的研究熱點。相比于質(zhì)子交換膜燃料電池，具有可選用非貴金屬催化劑（如鐵）等優(yōu)點。堿性陰離子交換膜—堿性陰離子交換膜燃料電池的核心部件之一，是決定電池效率和壽命的關(guān)鍵因素。理想的堿性陰離子膜材料應(yīng)該具備較高的離子傳導(dǎo)率、良好的機械性能、顯著的熱穩(wěn)定性能和長期的堿穩(wěn)定性。目前商業(yè)化膜由于電導(dǎo)率低和化學(xué)堿穩(wěn)定性差，仍然不能滿足堿性燃料電池的要求。
　　聚醚醚酮作為

2、基體材料，是一種全芳香族半結(jié)晶熱塑性的高性能商業(yè)化聚合物材料，它具有高的化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性等良好性能;無機二氧化鋯納米材料具有大比表面積、良好的吸水性和機械性能等優(yōu)點。針對目前堿性膜燃料電池堿穩(wěn)定性差的難題。為了提高堿穩(wěn)定性，本文嘗試把納米粒子二氧化鋯摻雜到咪唑化的聚醚醚酮基體中，親水性納米粒子的摻雜將產(chǎn)生氫氧根溶劑化效應(yīng)，從而提高膜的堿穩(wěn)定性?？赡艿臋C理是納米粒子二氧化鋯提高了膜的吸水性能，對氫氧根產(chǎn)生“稀釋效應(yīng)”。低濃度堿意味著

3、氫氧根水合程度高、周圍有大量水分子“包覆”;同時膜內(nèi)水含量對離子基團也有一定的“保護效應(yīng)”從而減少OH-對其的進攻，提高膜的堿穩(wěn)定性。
　　本文采用揮發(fā)性低和毒性低的氯甲基辛基醚作為氯甲基化試劑，98％濃硫酸為溶劑和催化劑，成功地合成了氯甲基化聚醚醚酮(CMPEEK)。為了很好的控制氯甲基化程度，反應(yīng)需在低溫條件（如-10℃）下進行。適宜的反應(yīng)物配比為PEEK∶濃硫酸∶CMOE=1 g∶60 mL∶20 mL，通過反應(yīng)時間的控制制

4、備了不同氯甲基化程度(DC)的CMPEEK。溶解性實驗表明，制備的不同氯甲基化程度的CMPEEK在常用高沸點鑄膜溶劑中表現(xiàn)出較好的溶解性。
　　以CMPEEK為基體，1，2-二甲基咪唑為離子化試劑，通過有機無機超聲分散共混法制備了不同含量的咪唑化聚醚醚酮/二氧化鋯堿性陰離子復(fù)合膜，納米粒子含量分別為0％、2.5％、5％、7.5％、10％(CMPEEK-x％ZrO2)。通過SEM對其形貌特征進行了表征，XRD掃描對其晶型進行了表征;