聚醚醚酮酮基堿性陰離子交換膜的制備及性能.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池是一項(xiàng)新興的能源技術(shù)，它具有較高的功率密度和能量密度，受到研究者的廣泛關(guān)注。同質(zhì)子交換膜燃料電池相比，它具有較快的電極反應(yīng)速率，可選用非鉑催化劑和燃料滲透率低等優(yōu)點(diǎn)，然而它的離子傳導(dǎo)率及高溫條件下膜的尺寸穩(wěn)定性等性能還需進(jìn)一步提高。聚醚醚酮酮(PEEKK)作為一種新型的高分子聚合物材料，由于剛性較強(qiáng)的酮基的存在，使得它具有高的耐熱等級(jí)和機(jī)械強(qiáng)度，目前尚無其用于堿性陰離子交換膜研究的報(bào)道。本文提出采用PEEKK作為

2、基體材料，來制備具有高離子傳導(dǎo)率的堿性陰離子交換膜。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、乓訮EEKK為基材，濃硫酸為溶劑和催化劑，低毒性和低揮發(fā)性的氯甲基辛基醚(CMOE)為氯甲基化試劑，成功合成了氯甲基化PEEKK(CMPEEKK)。通過考察反應(yīng)物配比及反應(yīng)條件，確定出適宜的反應(yīng)物配比為PEEKK∶濃硫酸∶CMOE=0.5g∶25m1∶10ml，適宜的反應(yīng)條件為冰浴，攪拌速度為500rpm。在該適宜的反應(yīng)條件下，通過控制反應(yīng)時(shí)間制備出一系

3、列具有不同氯甲基化程度(DC)為的CMPEEKK。溶解性測(cè)試表明，本實(shí)驗(yàn)制備得到的CMPEEKK在常用的鑄膜溶劑中有很好的溶解性。
　　⑵采用溶液澆鑄法制備了CMPEEKK膜，而后依次浸泡三甲胺水溶液和KOH溶液，成功制得QAPEEKKOH膜，并對(duì)其離子交換容量(IEC)、吸水率、溶脹度和離子傳導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明隨著DC由66％增長(zhǎng)到113％，相應(yīng)的IEC由1.46mmol g-1增長(zhǎng)到2.29mmol g-1。除了DC為1

4、13％在60℃條件下由于過度溶脹而引起離子傳導(dǎo)率下降以外，其它QAPEEKKOH膜的離子傳導(dǎo)率、吸水率及溶脹度都隨著溫度和DC的增大而升高。其中DC為113％的QAPEEKKOH膜在20℃條件下離子傳導(dǎo)率可以達(dá)到24.5mScm-1，此時(shí)相應(yīng)的吸水率和溶脹度分別為120.3％和42.9％。
　?、菫榱诉M(jìn)一步提高離子傳導(dǎo)率，降低溶脹度，采用1-甲基咪唑作為季銨化試劑，合成了可溶的ImPEEKKCl，進(jìn)而通過澆鑄法制備得到ImPEEK