直接甲醇燃料電池用磺化聚醚醚酮質子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)由于采用新型能源材料、節(jié)省資源和零污染特性而成為研究熱點，而其中質子交換膜(PEM)的開發(fā)和性能研究備受關注。本文針對用于直接甲醇燃料電池用磺化聚醚醚酮(SPEEK)質子交換膜的制備和性能開展系統(tǒng)深入地研究，具有一定的理論意義和實用價值。 通過聚醚醚酮(PEEK)磺化反應制備多種不同磺化度(DS)的SPEEK材料，采用FTIR、TGA和酸堿滴定等方法對所制備的材料進行結構分析，針對不同反應條件對材料D

2、S的影響，探明在反應溫度和磺化試劑濃度不變的條件下反應產物的DS隨反應時間的延長而線性增加。 自行設計和建立膜電阻測試裝置和阻醇性能測試裝置，通過一系列試驗驗證這兩套裝置的測試數據重現性、分辨率和靈敏性均滿足測試要求。 采取溶液法制備一系列不同DS的SPEEK-PEM試樣，全面評價各種試樣的溶液穩(wěn)定性、阻醇性能和電導率等性能，查明制膜材料的DS和制膜溶劑種類分別對膜各項性能的影響規(guī)律：隨著DS的增加，膜的電導率增加，而溶

3、液穩(wěn)定性及阻醇性能均有所下降，反之也然；采用與SPEEK中的磺酸基團存在相互作用的制膜溶劑得到的膜其電導率較低，但膜的溶液穩(wěn)定性和阻醇性能較高。 采用兩種不同DS的SPEEK制膜溶液、采取分步澆注法制備兩層不同DS材料的復合膜試樣，復合膜截面顯微分析證明兩層復合結構及其界面結合致密，提出復合膜中兩層材料不同磺化度影響復合膜各項性能的規(guī)律：含有高DS材料層的復合膜吸水率顯著高于不含高DS材料層的復合膜，前者中高DS材料層對復合膜吸

4、水率起決定性作用，另一層影響極小，而后者的吸水率略低于平均DS的單層膜；含有低DS材料層的復合膜電導率顯著低于不含低DS材料層的復合膜，前者中低DS材料層對復合膜電導率起決定性作用，另一層影響極小，而后者的電導率略優(yōu)于平均DS的單層膜性能。 本文還揭示兩層復合膜的兩個不同DS材料表面分別迎對甲醇溶液時具有不同阻醇性能的特點，較低DS材料層的表面迎對甲醇溶液時復合膜的阻醇性能優(yōu)于該膜的另一高DS材料層表面迎對甲醇溶液時的阻醇性能，