離子液體填充質子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池（Protonexchangemembranefuelcell，PEMFC）是一種綠色、高效的新能源，質子交換膜(Protonexchangemembrane，PEM)是PEMFC的核心部件。目前，開發(fā)高溫低濕下具有高傳導的質子交換膜是燃料電池研究的熱點和難點。離子液體(Ionicliquid，IL)由于具有不揮發(fā)、液程范圍大、穩(wěn)定性好及電導率高等優(yōu)點而成為理想的高溫無水質子導體。本課題將離子液體填充到膜基質中制備高溫

2、低濕下具有高性能的PEM。研究通過改變反應時間合成磺化度(DS)可控的磺化聚醚醚酮(SPEEK)，分別采用浸泡法和原位法將離子液體填充到SPEEK基質中制各復合質子交換膜。通過SEM、FTIR、SAXS、XRD、TGA、溶脹測試、質子傳導率測試、拉伸測試和流失實驗等進行全面表征測試，系統(tǒng)研究了基膜結構、填充方式及條件對離子液體填充效果的影響及規(guī)律，考察了膜結構及填充量對質子傳導率的影響規(guī)律。主要研究內容和結論如下:
　　(1)采用

3、流延法制備不同磺化度的SPEEK基膜，研究磺化度對膜結構的影響和規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，膜內離子簇通道尺寸和質子傳導率隨基膜磺化度的增大而變大，如RH=100％、25℃的條件下，SP-43、SP-54、SP-62和SP-75的質子傳導率分別為11.1、14.3、23.5和32.3mS/cm;SPEEK膜在260℃前的質量損失低于9％，表明其具有良好的若穩(wěn)定性，有作為高溫PEM的潛力。
　　(2)采用原位法制備復合膜，重點研究離子液體對膜結

4、構的影響規(guī)律。對比分析填充方式對復合膜結構與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體的加入可提高復合膜的質子傳導能力，如140℃時當離子液體的填充量分別為16％、25％、32％及43％時，質子傳導率從純SPEEK的10-3mS/cm提高到3.6，4.6，6.1及8.5mS/cm。
　　(3)浸泡法制備復合膜過程中，通過改變超聲功率、溫度與時間等條件調控離子液體在膜內的填充量。重點研究離子液體對復合膜結構的影響規(guī)律，探討填充條件對膜內離子液體

5、填充量的影響及規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，超聲處理對提高膜內離子液體填充量效果有限，而調控浸泡溫度和時間可有效控制膜中離子液體的填充量;復合膜的質子傳導能力隨離子液體填充量的增加而增強，如140℃時填充量分別為16％、25％、32％及43％的復合膜，其質子傳導率從純SPEEK的10-3mS/cm增至5.2、6.1、7.4及9.3mS/cm，數(shù)值提高了1000倍以上。
　　(4)通過對浸泡膜和原位膜的質子傳導率、結構及性能對比，結果顯示二者的熱