燃料電池用聚醚砜類陰離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、陰離子交換膜燃料電池(Anion Exchange Membrane Fuel Cells，AEMFCs)結(jié)合了質(zhì)子交換膜燃料電池及傳統(tǒng)堿性燃料電池的優(yōu)勢，目前已經(jīng)引起了研究者們的極大關(guān)注。陰離子交換膜(Anion Exchange Membrane，AEM)是AEMFC的重要組成部分之一，本論文制備了幾種新型的季銨化聚醚砜陰離子交換膜，并且詳細(xì)研究了膜的基本性能。
　　 采用雙酚芴、4，4’-二氟二苯砜及4，4’-（六氟異丙叉

2、）雙酚為原料，通過溶液縮聚、氯甲基化、季銨化及堿化反應(yīng)成功制備了一系列聚芳醚砜陰離子交換膜。結(jié)果表明，季銨化試劑的選擇對膜性能具有較大的影響。以叔二胺為季銨化試劑形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的陰離子交換膜均具有很好的耐溶劑性，在不同溫度下表現(xiàn)出較小的各向異性的尺寸變化，在水中具有較高的離子傳導(dǎo)率。與未交聯(lián)膜相比，膜的尺寸變化顯著減小。在相似離子交換容量（IEC）條件下，采用N，N，N’，N’-四甲基丙二胺(TMPDA)作為季銨化試劑的陰離子交換膜具有較

3、小的尺寸變化率、較高的離子傳導(dǎo)率及穩(wěn)定性，在30℃水中膜的平面方向和厚度方向的尺寸變化分別為0.23和0.35，離子傳導(dǎo)率達(dá)到24mS/cm，有望在AEMFCs中得到應(yīng)用。
　　 首先以雙酚芴和4，4’-二氟二苯砜為原料通過親核取代反應(yīng)制備了以酚羥基為端基的鏈段長度為20的低聚物，然后與4，4’-（六氟異丙叉）雙酚及4，4’-二氟二苯砜反應(yīng)合成了序列式聚醚砜聚合物。分別通過前交聯(lián)（IEC＜2.0 mmol/g的聚合物）及后交聯(lián)法

4、(IEC＞2.0 mmol/g的聚合物)制備了一系列交聯(lián)序列式聚醚砜陰離子交換膜。結(jié)果表明:IEC相近時(shí)，序列式陰離子交換膜吸水率及膜面方向的尺寸變化遠(yuǎn)低于無規(guī)型陰離子交換膜，并且隨溫度變化幅度較小;機(jī)械性能、離子傳導(dǎo)率及耐堿性也有較大程度的提高。如以TMPDA作為交聯(lián)劑的S3-A(0.1P)膜（IEC=1.64 mmol/g），在30℃水中膜的平面方向和厚度方向的尺寸變化分別為0.06和0.05，吸水率為16.5％，離子傳導(dǎo)率為11

5、mS/cm; SB-10-P膜(IEC=2.03 mmol/g)，在30℃水中膜的平面方向和厚度方向的尺寸變化分別為0.20和0.59，吸水率為98.6％，離子傳導(dǎo)率為24 mS/cm，90℃時(shí)達(dá)到81.7 mS/cm。
　　 將無規(guī)聚醚砜聚合物及其氯甲基化產(chǎn)物采用溶液共混法制備了一系列有機(jī)/有機(jī)復(fù)合膜。由于兩種聚合物具有相同的主鏈結(jié)構(gòu)，因此兩種聚合物具有非常好的相容性，制備的陰離子膜結(jié)構(gòu)均一、透明結(jié)實(shí)。研究顯示，與未改性膜相比