聚電解質刷修飾TiO2納米管質子交換膜的制備與研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)由于具有高的的能量轉換效率、啟動時無噪音、對環(huán)境友好這些方面的優(yōu)勢，將有望在電動汽車、備用電源等領域得到廣泛應用。提高燃料電池的工作溫度則可以改善散熱效率低、消除兩相流的影響，進而降低系統(tǒng)的復雜性;而且，高溫運行有望使得非Pt系催化劑得到應用。而傳統(tǒng)的全氟磺酸樹脂類導質子膜制造成本偏高、對水的高度依賴性限制了其進一步的應用，尤其是在高溫下的應用前景。而高溫低濕度運行的質子交換膜的開發(fā)則是高溫PEMFC的研

2、發(fā)的關鍵步驟?；诖耍菊撐囊訲iO2納米管為基體材料，通過有機-無機復合和原位引發(fā)聚合技術，將聚電解質刷固定在TiO2納米管表面，構建質子傳輸通道，并對不同自由基聚合時間、單體濃度下合成的聚AMPS刷進行研究，得到如下結論:
　　 (1)140℃利用水熱合成法反應48h，制備了實驗所需的TiO2納米管，納米管內(nèi)徑5nm，管壁厚度1.4nm左右，粒徑184.8nm，TiO2納米管表面具有一定數(shù)目的羥基并且具有一定的保水性，而且熱

3、穩(wěn)定性好，適合做高溫質子交換膜的基體材料。
　　 (2)當反應時間為3.5h、單體體積為10ml時，聚AMPS刷的質子電導率最大，140℃干態(tài)下電導率為9.84×10-3 Scm-1，140℃100％RH條件下電導率為9.54×10-2 Scm-1，與nafion膜的電導率0.1Scm-1相當，此時所測EW值為290g/mol，而Nafion膜的EW值為1100 g/mol，說明聚AMPS刷能達到很高的接枝密度而且是同向的接枝在

4、TiO2納米管表面，同向高密度的磺酸基團會使水的自由體積減小，這樣即使離子通道不存在的條件下也會有質子的傳輸，而且EW值越低，膜的保水性越好，使其在低濕度下有很高的電導率。
　　 (3)60℃時，聚AMPS刷在0％-50％RH之間質子電導率的上升速率明顯要高于50％-100％RH。當濕度從0％增加到50％時，質子電導率從1.75×10-3 Scm-1增加到2.25×10-2Scm-1，100％RH時質子電導率為3.0×10-2S