雜多酸摻雜改性質(zhì)子交換復(fù)合膜的制備及性能.pdf

1、全氟磺酸質(zhì)子交換膜是聚合物質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件，它可以讓質(zhì)子穿過(guò)、而水分和氣體無(wú)法透過(guò)。膜的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫性、耐化學(xué)藥品性等對(duì)于膜的使用壽命具有重要影響。摻雜無(wú)機(jī)親水粒子、無(wú)機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)子膜改性對(duì)于提高膜的熱穩(wěn)定性和高溫保水性等，具有重要意義。
　　以國(guó)產(chǎn)東岳集團(tuán)生產(chǎn)的全氟磺酸離子膜為基體，分別摻雜磷鉬酸和硅鎢酸、硅鎢酸以及二氧化鈦、二氧化硅顆粒，利用溶膠-凝膠法和交聯(lián)法，制備用于燃料電池的磷鉬酸/硅鎢酸、硅鎢酸、Ti

2、O2/SiO2復(fù)合質(zhì)子交換膜。分別測(cè)定其室溫(20℃)、30℃～90℃以及低溫-30℃～0℃下的阻抗譜，進(jìn)而求得不同溫度下各復(fù)合膜對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率。可以發(fā)現(xiàn)，改性之后的復(fù)合膜其電導(dǎo)率明顯高于原膜。如在90℃時(shí)，磷鉬酸/硅鎢酸復(fù)合膜及原膜的電導(dǎo)率分別為27.5×10-6S·cm-1和2.70×10-6S·cm-1。且隨著溫度的升高原膜與復(fù)合膜的電導(dǎo)率均呈增大的趨勢(shì)。如，20℃升到90℃時(shí)，二氧化鈦/二氧化硅復(fù)合膜的電導(dǎo)率從31.2×10-7S

3、·cm-1增加到約為20℃時(shí)電導(dǎo)率的4倍。測(cè)定擾動(dòng)電壓分別為5mV、10mV、20mV和100mV時(shí)，其對(duì)原膜和磷鉬酸/硅鎢酸復(fù)合膜阻抗譜的影響，但發(fā)現(xiàn)其變化對(duì)阻抗譜的高頻半圓影響不大。
　　使用熱失重法考察制備的每種復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性。對(duì)于磷鉬酸/硅鎢酸復(fù)合膜，使用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法研究其熱降解動(dòng)力學(xué)，得到表觀活化能E、相關(guān)系數(shù)r等動(dòng)力學(xué)參數(shù);比較了改性前后質(zhì)子膜熱穩(wěn)定性的變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度超過(guò)

4、363.3℃時(shí)，復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性優(yōu)于原膜，當(dāng)溫度低于363.3℃時(shí)，復(fù)合膜耐溫性能不及原膜。對(duì)于硅鎢酸、二氧化鈦/二氧化硅復(fù)合膜，使用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Starink和Friedman法研究其熱降解動(dòng)力學(xué)，并使用Achar-Brindley-Sharp、Coats-Red fern以及α-Z(α)法推導(dǎo)出了其可能的熱降解機(jī)理。硅鎢酸復(fù)合膜第一階段的熱降解機(jī)理為Mampel Power(R1)法則:微分