胍化氧化石墨烯復(fù)合陰離子交換膜制備及性能.pdf

1、陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）因在堿性環(huán)境下具有電極反應(yīng)速率快、可采用非鉑催化劑、低燃料滲透率等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。作為其核心部件的陰離子交換膜（AEMs）存在電導(dǎo)率低和穩(wěn)定性差兩大問題，制約了AEMFCs的發(fā)展，故對AEMs的改性成為研究熱點(diǎn)。研究表明摻入無機(jī)材料可以提高AEMs的電導(dǎo)率、物理強(qiáng)度和其他的電化學(xué)性能，所以本文以分離離子基團(tuán)與聚合物鏈思路構(gòu)建一系列有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜，其中以胍功能化氧化石墨烯為無機(jī)粒子，以無季胺化、親

2、水改性的聚砜（HPSf）為主鏈。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴合成單胍化氧化石墨烯（GGO），通過共混方法制備一系列HPSf-GGO復(fù)合膜，同時(shí)制備了純PSf-GGO復(fù)合膜作為對比實(shí)驗(yàn)。隨著GGO摻雜質(zhì)量比由15%增大到30%，HPSf-GGO復(fù)合膜均保持優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。HPSf-GGO-25%膜的綜合性能為最優(yōu)：溶脹率僅為7.3%，良好的界面相容性，并且在離子交換容量（IEC）大約為0.8 mmol/g時(shí)，其電導(dǎo)率(10.9 m

3、S/cm)比PSf-GGO-25%膜高出38%。當(dāng)摻雜30%GGO時(shí)，HPSf-GGO膜出現(xiàn)電導(dǎo)率下降和相容性差的現(xiàn)象，歸因于摻入無機(jī)粒子過多，在膜內(nèi)部產(chǎn)生了堆積，影響了OH-的傳遞。⑵在HPSf-GGO復(fù)合膜基礎(chǔ)上，通過增加胍離子基團(tuán)個(gè)數(shù)來提高復(fù)合膜的電導(dǎo)率。在保證相同的條件下，合成了雙胍化氧化石墨烯（BGO），制備了一系列HPSf-BGO復(fù)合膜。隨著BGO摻雜量的改變，膜的吸水率、電導(dǎo)率和溶脹率出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象。當(dāng)BGO含量為

4、25%，HPSf-BGO復(fù)合膜性能最佳：30 oC下吸水率為61.1%，最大溶脹率為8.5%，呈現(xiàn)良好抗溶脹性；并通過掃描電鏡譜圖（SEM）和X-射線衍射（XRD）可以觀察到，HPSf和 BGO兩相具有較好的相容性；其電導(dǎo)率（14.8 mS/cm）較HPSf-GGO-25%高出約26.6%。另外在相似IEC條件下，HPSf-BGO-15%膜的電導(dǎo)率較PSf-GGO-30%膜高出約61.0%。當(dāng)BGO摻入量為30%時(shí)，復(fù)合膜內(nèi)出現(xiàn)無機(jī)粒子