離子液體填充質(zhì)子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（Protonexchangemembranefuelcell，PEMFC）是一種綠色、高效的新能源，質(zhì)子交換膜(Protonexchangemembrane，PEM)是PEMFC的核心部件。目前，開(kāi)發(fā)高溫低濕下具有高傳導(dǎo)的質(zhì)子交換膜是燃料電池研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。離子液體(Ionicliquid，IL)由于具有不揮發(fā)、液程范圍大、穩(wěn)定性好及電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)而成為理想的高溫?zé)o水質(zhì)子導(dǎo)體。本課題將離子液體填充到膜基質(zhì)中制備高溫

2、低濕下具有高性能的PEM。研究通過(guò)改變反應(yīng)時(shí)間合成磺化度(DS)可控的磺化聚醚醚酮(SPEEK)，分別采用浸泡法和原位法將離子液體填充到SPEEK基質(zhì)中制各復(fù)合質(zhì)子交換膜。通過(guò)SEM、FTIR、SAXS、XRD、TGA、溶脹測(cè)試、質(zhì)子傳導(dǎo)率測(cè)試、拉伸測(cè)試和流失實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行全面表征測(cè)試，系統(tǒng)研究了基膜結(jié)構(gòu)、填充方式及條件對(duì)離子液體填充效果的影響及規(guī)律，考察了膜結(jié)構(gòu)及填充量對(duì)質(zhì)子傳導(dǎo)率的影響規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)采用

3、流延法制備不同磺化度的SPEEK基膜，研究磺化度對(duì)膜結(jié)構(gòu)的影響和規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，膜內(nèi)離子簇通道尺寸和質(zhì)子傳導(dǎo)率隨基膜磺化度的增大而變大，如RH=100％、25℃的條件下，SP-43、SP-54、SP-62和SP-75的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為11.1、14.3、23.5和32.3mS/cm;SPEEK膜在260℃前的質(zhì)量損失低于9％，表明其具有良好的若穩(wěn)定性，有作為高溫PEM的潛力。
　　(2)采用原位法制備復(fù)合膜，重點(diǎn)研究離子液體對(duì)膜結(jié)

4、構(gòu)的影響規(guī)律。對(duì)比分析填充方式對(duì)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體的加入可提高復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力，如140℃時(shí)當(dāng)離子液體的填充量分別為16％、25％、32％及43％時(shí)，質(zhì)子傳導(dǎo)率從純SPEEK的10-3mS/cm提高到3.6，4.6，6.1及8.5mS/cm。
　　(3)浸泡法制備復(fù)合膜過(guò)程中，通過(guò)改變超聲功率、溫度與時(shí)間等條件調(diào)控離子液體在膜內(nèi)的填充量。重點(diǎn)研究離子液體對(duì)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，探討填充條件對(duì)膜內(nèi)離子液體

5、填充量的影響及規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，超聲處理對(duì)提高膜內(nèi)離子液體填充量效果有限，而調(diào)控浸泡溫度和時(shí)間可有效控制膜中離子液體的填充量;復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力隨離子液體填充量的增加而增強(qiáng)，如140℃時(shí)填充量分別為16％、25％、32％及43％的復(fù)合膜，其質(zhì)子傳導(dǎo)率從純SPEEK的10-3mS/cm增至5.2、6.1、7.4及9.3mS/cm，數(shù)值提高了1000倍以上。
　　(4)通過(guò)對(duì)浸泡膜和原位膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率、結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比，結(jié)果顯示二者的熱