直接甲醇燃料電池用含芴聚醚砜陰離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、作為眾多燃料電池之一的直接甲醇燃料電池(DMFC)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行溫度和壓力低、高效、高能量密度、環(huán)境友好的特點(diǎn)，且其燃料儲(chǔ)運(yùn)和補(bǔ)充方便，裝置可模塊化，因此在汽車(chē)、便攜式電子設(shè)備和軍用單兵攜帶電源等方面具有極大的應(yīng)用空間。但其商業(yè)化目前仍然受兩大難題的困擾:一是電極催化劑的活性和穩(wěn)定性差，在陽(yáng)極造成很大的過(guò)電位損失;二是廣泛使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜（比如Nafion(@)膜）的阻醇性能差。研究報(bào)道表明:在燃料電池的甲醇氧化動(dòng)力學(xué)和

2、甲醇滲透方面，使用陰離子交換膜比質(zhì)子交換膜具備更明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，本課題的主要內(nèi)容是利用含芴聚醚砜類(lèi)嵌段共聚物制備堿性環(huán)境下具有良好穩(wěn)定性和阻醇性以及高電導(dǎo)率的新型陰離子交換膜，并對(duì)膜結(jié)構(gòu)與膜性能之間的關(guān)系進(jìn)行探討。
　　本文設(shè)計(jì)并制備了一種新型的含四甲基聯(lián)苯芴聚醚砜陰離子交換膜:采用直接縮聚的方法合成了該系列的高分子材料，通過(guò)對(duì)四甲基聯(lián)苯芴結(jié)構(gòu)上的芐基溴化后，利用N，N，N'，N'-四甲基己二胺進(jìn)行季銨化，堿化，成功制備了一系列

3、親/疏水比例不同的新型陰離子交換膜。所制備的季銨化聚醚砜(QPES)系列膜離子交換容量為1.52～2.36 meq·g-1，在30℃下的含水率為30.98～90.93％。其中，QPES-0.8的電導(dǎo)率及甲醇滲透率(8.85×10-2 S·cm-2及10.38×10-8 cm2·s-1)均優(yōu)于QPES-1.0(6.75×10-2 S·cm-2及14.51×10-8 cm2·s-1)。裝配有QPES-0.8的甲醇/空氣單電池測(cè)試獲得了0.8

4、9 V的開(kāi)路電壓及146 mW·cm-2的峰值功率密度。此外，QPES系列膜在熱穩(wěn)定性、耐堿性、阻醇性能及機(jī)械性能方面均表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。
　　本文還通過(guò)對(duì)相應(yīng)的遙爪端基低聚物進(jìn)行偶聯(lián)聚合，成功制備了兩類(lèi)具備幾乎相同骨架，而可化學(xué)改性的芐基分別處于砜-芴片段和砜-異丙基片段上的兩類(lèi)含芴聚醚砜嵌段聚合物F-MPES和I-MPES，經(jīng)由對(duì)芐基的溴化，季銨化及堿化反應(yīng)，成功制備了兩類(lèi)主鏈相同而親水性季胺基團(tuán)處于不同片段的陰離子交換膜F-