磷酸摻雜的堿性離子液體修飾的Nafion質(zhì)子交換膜.pdf

1、由于具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)能力和比非氟聚合物好的化學(xué)和電化學(xué)耐久性，以Nafion膜為代表的全氟磺酸膜仍是現(xiàn)階段質(zhì)子交換膜燃料電池首選的質(zhì)子交換膜材料。但工作溫度超過80℃后，水分的蒸發(fā)導(dǎo)致Nafion膜質(zhì)子導(dǎo)電能力大幅度下降。而低溫操作使燃料電池在運行中面臨水、熱管理困難，電極催化劑Pt易受CO毒化等技術(shù)問題，故發(fā)展能在100℃以上應(yīng)用的改性Nafion復(fù)合膜具有重要的潛在應(yīng)用價值。
　　自組裝技術(shù)在制備質(zhì)子交換膜方面的研究才剛剛起步

2、，目前已有的研究主要集中在改善Nafion膜的阻醇性能，對將自組裝技術(shù)應(yīng)用到耐高溫質(zhì)子交換膜的制備鮮有報道。堿性離子液體是一類新型功能化離子液體，目前尚未有將堿性離子液體應(yīng)用到制備耐高溫質(zhì)子交換膜的報道。
　　本研究首先利用兩步法合成了功能化離子液體——氫氧化1-丁基-3-甲基咪唑(BMIMOH)，并對其結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、粘度和電導(dǎo)率等方面的性能進行了表征與研究。
　　基于Nafion膜中-SO3H與堿性離子液體BMIMOH中

3、咪唑陽離子(BMIM)之間的靜電作用，制備了Nafion-BMIM組裝膜;利用BMIM能吸附H3PO4的特點，室溫下向Nafion-BMIM膜中摻雜H3PO4，最終形成在高溫條件下仍具有良好導(dǎo)電能力的質(zhì)子交換膜材料-Nafion-BMIM/H3PO4復(fù)合膜。組裝反應(yīng)溫度為60～120℃時，制備的Nafion-BMIM組裝膜中的離子液體摻雜水平在0～3之間。水洗實驗表明，Nafion-BMIM膜具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，BMIM基團能與Nafion

4、膜有效的鍵合，不易被水洗下去。且Nafion-BMIM/H3PO4膜的酸摻雜水平與復(fù)合膜中的BMIM摻雜量密切相關(guān)，BMIM摻雜量越大，Nafion-BMIM膜吸附的H3PO4也越多，膜呈現(xiàn)的電導(dǎo)率也越大。Nafion/2.59BMIM/6.42H3PO4膜于160℃不加濕條件下的電導(dǎo)率為1.22×10-2S/cm。TGA結(jié)果表明，Nafion/2.59BMIM/6.42H3PO4膜的熱穩(wěn)定性良好，其熱分解溫度為380℃，較Nafion