DMFC用改性磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種極具廣泛潛在應(yīng)用價(jià)值的燃料電池。其發(fā)展面臨兩大難題：一是陽(yáng)極催化劑對(duì)甲醇反應(yīng)的催化活性低；二是通常使用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜的成本高且阻醇性能差。因此開(kāi)發(fā)出低成本、高性能的替代膜是DMFC研究的重要課題之一。本論文在開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉的新型阻醇質(zhì)子交換膜和耐高溫質(zhì)子交換膜方面進(jìn)行了探索和嘗試。
　　 聚醚醚酮(PEEK)是一種價(jià)格較低、性能優(yōu)良的聚芳醚酮類聚合物。其磺化后可用來(lái)制備DMFC質(zhì)子交換膜。高

2、電導(dǎo)率要求磺化聚醚醚酮(SPEEK)的磺化度要高，但高磺化度會(huì)使膜的尺寸穩(wěn)定性變差。為解決這個(gè)矛盾，需要對(duì)SPEEK進(jìn)行改性。
　　 我們首次將羥基磷灰石(HA)、功能化二氧化硅(二氧化硅溶膠(SiO2)及帶有磺酸基團(tuán)的二氧化硅(SiOx-S))分別摻雜到較高磺化度的SPEEK中制備復(fù)合膜。研究表明，摻雜物與SPEEK之間發(fā)生氫鍵作用，因此復(fù)合膜的溶脹被有效地抑制，膜的阻醇性能、可使用溫度都得到顯著地提高。使用溫度的提高使SPE

3、EK高電導(dǎo)率的特性得以發(fā)揮，因此復(fù)合膜在高溫時(shí)具有很高的電導(dǎo)率。我們還首次考察了復(fù)合膜在高溫不同濕度下的電導(dǎo)率。結(jié)果表明，摻雜物的加入能顯著提高復(fù)合膜在低濕度時(shí)的電導(dǎo)率。
　　 酚酞型聚醚砜(PES-C)經(jīng)磺化后而制備的磺化酚酞型聚醚砜(SPES-C)質(zhì)子交換膜，即使磺化度達(dá)到70％時(shí)，其在沸水中的溶脹度也很小(＜13％)。膜的磺化度高，電導(dǎo)率高，但機(jī)械強(qiáng)度變差。我們首次將磺化度相對(duì)低的SPES-C及未磺化的PES-C分別混入高

4、磺化度的SPEEK中制備共混膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制SPEEK的磺化度及SPES-C、PES-C的混入量，可以制得尺寸穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高、阻醇性能優(yōu)良的共混膜。與具有相同離子交換容量的純SPEEK膜相比，共混膜的阻醇性能及尺寸穩(wěn)定性能更好。
　　 我們首次在SPEEK/PES-C共混溶液澆鑄成膜過(guò)程中施加垂直膜面的電場(chǎng)，初步探索電場(chǎng)參數(shù)(場(chǎng)強(qiáng)、頻率、波形、直流/交流)對(duì)膜性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)作用能夠改變共混膜的微觀結(jié)構(gòu)，使膜