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)結合了質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、季銨化及堿化反應成功制備了一系列聚芳醚砜陰離子交換膜。結果表明，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)結構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，離子傳導率達到24mS/cm，有望在AEMFCs中得到應用。
　　 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。結果表明:IEC相近時，序列式陰離子交換膜吸水率及膜面方向的尺寸變化遠低于無規(guī)型陰離子交換膜，并且隨溫度變化幅度較小;機械性能、離子傳導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％，離子傳導率為24 mS/cm，90℃時達到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/有機復合膜。由于兩種聚合物具有相同的主鏈結構，因此兩種聚合物具有非常好的相容性，制備的陰離子膜結構均一、透明結實。研究顯示，與未改性膜相比