柔性鏈對(duì)聚醚砜陰離子交換膜的性能影響.pdf

1、針對(duì)化石燃料的過度使用所導(dǎo)致的環(huán)境問題，開發(fā)清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置成為研究熱點(diǎn)。堿性陰離子交換膜燃料電池以其獨(dú)特的堿性運(yùn)行環(huán)境，高效的電極催化活性，較低的成本等優(yōu)勢(shì)，受到廣泛的研究。堿性陰離子交換膜（AEM）是堿性陰離子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件之一，其較低的離子傳導(dǎo)率、較大的尺寸溶脹和差的堿穩(wěn)定性等問題嚴(yán)重制約著堿性陰離子交換膜燃料電池商業(yè)化的應(yīng)用。本文提出了一種新穎的半柔性聚合物，增大了聚合物的自由體積，在膜內(nèi)構(gòu)建了雙連續(xù)的親/疏水

2、微相分離，極大的提高了陰離子交換膜的氫氧跟離子傳導(dǎo)性和尺寸穩(wěn)定性。
　　首先合成了雙酚單體1,4-雙（4-羥基苯氧基）烷烴，并與雙（4-氟苯基）砜縮聚合成了咪唑鎓功能化的半柔性聚醚砜高聚物陰離子交換膜（Semi-f-PAES）。在相同的溶脹度時(shí)，Semi-f-PAES膜的氫氧根離子傳導(dǎo)率（54mS cm-1）比剛性聚砜膜高出約2倍。通過透射電鏡（TEM）表征，Semi-f-PAES膜中形成更多的連續(xù)的離子傳輸通道，其單電池最大功率

3、密度為125mW cm-2，也高于目前報(bào)道的無規(guī)聚（芳基醚砜）咪唑鎓AEM（16-105.2mW cm-2）。
　　其次，將不同長(zhǎng)度的-(CH2)n-引入到聚合物重復(fù)單元中，系統(tǒng)地研究了柔性鏈的鏈長(zhǎng)對(duì)膜微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。在相近的IEC下，隨著柔性鏈段中碳鏈的增長(zhǎng)，膜的含水量、溶脹度都隨之而增加；而離子傳導(dǎo)率隨碳個(gè)數(shù)的增加先升高后降低，當(dāng)n=8時(shí)，離子傳導(dǎo)率最高。當(dāng)IEC為1.76mmol g-1時(shí)，Semi-f-8C-PAES

4、-ImOH的膜在20℃時(shí)氫氧根離子傳導(dǎo)率即達(dá)到66mS cm-1，而溶脹最高僅為36%。
　　為了進(jìn)一步改善半柔性聚醚砜膜在隨溫度增加時(shí)，高IEC下膜的吸水、溶脹顯著增大的問題，合成了長(zhǎng)烷基咪唑1-辛基-2-甲基咪唑，制備了梳狀結(jié)構(gòu)的烷基咪唑鎓功能化的半柔性聚砜膜（8-Semi-f-10-PAES）。由于長(zhǎng)烷基疏水側(cè)鏈的引入，膜內(nèi)易形成自聚集結(jié)構(gòu)，在較低的IEC下提高了離子傳導(dǎo)率，提升了膜的尺寸穩(wěn)定性和耐堿穩(wěn)定性。當(dāng)取代度為86%