● 摘要
直接甲醇膜燃料电池(DMFC)具有环境友好、能源转化效率高等优点备受瞩目。质子交换膜是甲醇燃料电池的核心部件。质子交换膜(PEM)主要有全氟磺酸膜、部分氟化磺酸膜以及非氟磺酸膜。其中，非氟磺酸膜由于成本低廉、环境友好成为现在研究的热点。然而其化学稳定性差存在一定的问题，目前很多课题组通过掺杂、共混和交联等方法对非氟磺酸膜进行改性研究。
本文将磺化聚酰亚胺(SPI)分别和磺化聚芳醚砜(SPAES)、磺化聚芳醚酮(SPAEK)共混，得到含有两种组分的共混膜，在共混膜的基础上，加入交联剂，制备出半互穿网络交联型的共混交联膜，并测试了不同类型质子交换膜的的性能，总结出不同结构类型对质子交换膜性能的影响规律。具体研究工作如下：
1. 以苝3,4,9,10-四甲酸二酐(PTDA)、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯-3,3’-二磺酸(BAPBDS)、4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)为原料，通过缩聚反应制备SPI； 2,6-二氟苯偶酰(DFB)、4,4`-二苯酚(BP)分别与3,3`-二磺酸钠基-4,4`-二氟二苯砜(SDFDPS)和3,3`-二磺酸钠基-4,4`-二氟二苯酮(CBFBS)缩聚制备含有偶酰基团的SPAES或SPAEK。
2. 采用流延法制备了SPI、SPAES、SPAEK质子交换膜以及SPI-SPAE共混膜；以四氨基联苯(DAB)为交联剂，利用四胺和磺化聚醚侧链上的偶酰基的缩环反应，制备了以喹喔啉为交联基团的半互穿网络交联型(Semi-IPN)共混交联质子膜。
3. 研究了不同类型质子膜的吸水率、尺寸变化、甲醇渗透率、溶剂吸收率、甲醇吸收率、力学性能、电导率、抗氧化性、抗老化性等一系列性能，总结出不同结构对质子膜性能的影响规律：两种聚合物共混后形成的共混质子交换膜的吸水率、尺寸变化、电导率、甲醇渗透率、抗氧化性、力学性能等各项性能介于该两种化合物各自形成的质子交换膜之间；共混后交联形成的Semi-IPN质子交换膜的吸水率、尺寸变化、甲醇渗透率、抗氧化性、力学性能等各项性能良好。例如：共混后，SPI-SPAES共混膜在80 ℃的吸水率是53%，介于SPI膜(50%)和SPAES膜(59%)之间；共混交联后，Semi-IPN膜的甲醇渗透率是SPAES的21%，抗氧化时间是SPAES的两倍，吸水率降低了60%，厚度方向尺寸变化降低了68%。
相关内容
相关标签