燃料電池用聚芳醚砜陰離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)由于具有高能量密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境友好和便攜等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是本世紀(jì)最具前景的能量轉(zhuǎn)換裝置之一。質(zhì)子交換膜(PEM)作為PEMFCs的關(guān)鍵組件，受到眾多研究者的關(guān)注。然而，PEM的高燃料滲透性和PEMFCs對(duì)Pt基催化劑的依賴性阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。陰離子交換膜(AEM)與PEM相比，傳導(dǎo)的離子是氫氧根離子而非質(zhì)子。因此，AEM燃料電池是在堿性環(huán)境下工作，電極反應(yīng)活性更高;另外，氫氧根離子和燃料的

2、傳遞方向相反可以限制電拖曳，降低燃料滲透性。所以，陰離子交換膜燃料電池(AEMFCs)在降低燃料滲透性和催化劑依賴性這兩點(diǎn)上具有PEMFCs無(wú)可比擬的優(yōu)越性。但是，目前的AEM仍存在電導(dǎo)率低和耐堿性差的缺點(diǎn)，因此，制備具有良好電導(dǎo)率和耐堿性的AEM就顯得十分必要。本文以聚醚砜為主體材料，設(shè)計(jì)合成了交聯(lián)型和側(cè)鏈型AEM，并進(jìn)一步探究膜材料的分子結(jié)構(gòu)與膜性能之間的關(guān)系。
　　首先，合成含叔胺的聚芳醚砜(PES-DA)和溴化聚芳醚砜(B

3、PES)，然后在-40℃下混合均勻后在室溫下鑄膜，再用浸泡法進(jìn)行咪唑功能化反應(yīng)。成膜過(guò)程中BPES的芐溴基團(tuán)和PES-DA的叔胺基團(tuán)發(fā)生季銨化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，避免了小分子交聯(lián)劑的使用和功能基團(tuán)的消耗。所制備的膜在80℃下最高可達(dá)82.4mS·cm-1，另外，由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成，該系列膜具有極低的溶脹。氫氧燃料電池測(cè)試可得到0.82 V的開路電壓和92.1 mW·cm-2的最大功率密度。
　　另外，通過(guò)將含溴咪唑離子液體接枝到含羥基的