PVDF-HFP改性含氮多膦酸聚硅氧烷質子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、磷酸的酸堿兩性性質以及在相對干燥的條件下，相對于其他的質子載體具有優(yōu)良的保水性能，使得磷酸逐漸成為新一代的質子傳導介質。磷酸功能化聚合物作為燃料電池質子交換膜的報道已屢見不鮮，然而質子膜的耐水解性能差和質子電導率不高阻礙了該技術的發(fā)展，解決這兩個問題，將會極大地推動質子交換膜燃料電池的發(fā)展。
　　本文以2-（3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基三甲氧基硅烷（EHTMS）、氨基三亞甲基磷酸（ATMP）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）

2、為原料，二甲基亞砜（DMSO）為溶劑，采用溶膠-凝膠法合成質子交換膜。利用硅氧烷中環(huán)氧基團與磷酸中磷羥基的開環(huán)反應將磷酸化學鍵合到硅氧烷上，硅氧烷中六元環(huán)的空間位阻效應可以阻止C-O-P鍵的水解。PVDF-HFP分子鏈上有F原子，F原子具有較強的吸電子能力，將 PVDF-HFP添加到質子膜中，除了質子膜中原有的連續(xù)氫鍵網絡對質子的傳導作用外，還有PVDF-HFP中F原子對質子的作用。為此制備了兩組不同配比的質子膜，一組是EHTMS/AT

3、MP質子膜，一組是PVDF-HFP改性EHTMS/ATMP質子膜，通過對兩組質子膜進行測試來表征PVDF-HFP的加入對所制備質子交換膜性能的影響。
　　FT-IR、XRD分析表明，EHTMS與ATMP成功發(fā)生開環(huán)反應，ATMP通過化學鍵與EHTMS連接，提高了ATMP在膜中的穩(wěn)定性，同時EHTMS中的硅氧烷成功水解并形成Si-O-Si網絡結構。TG-DSC熱分析表明，制備的兩組質子膜在200℃以內顯示出良好的熱穩(wěn)定性。形貌分析表

4、明，PVDF-HFP改性質子膜表面沒有出現相分離現象，說明PVDF-HFP與質子膜相容性良好，斷面分析發(fā)現， PVDF-HFP的加入可能使硅氧烷之間的間距變大，產生類似溶脹的效果，這就使得質子膜產生更多的微孔結構，有利于質子膜的保水。耐水解性能表明，PVDF-HFP的加入提高了質子膜的耐水解性，而且在提高質子膜吸水率和抗氧化性能的同時，卻降低了質子膜的溶脹度。XPS分析表明，兩組質子膜并非完全均相體系。通過對兩組質子膜的電導率測試發(fā)現，