分子篩固載雜多酸-有機復合質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)由于對環(huán)境友好，適于用作便攜式電子電器的移動電源，因而成為能源領域研究和開發(fā)的熱點。質(zhì)子交換膜(PEM)是。DMF℃中的關鍵部件，目前商業(yè)化的Nation系列全氟磺酸膜存在價格昂貴、阻醇性能差、不能在較高溫度下使用的缺點。本文旨在開發(fā)低成本且具有良好機械強度、阻醇性、耐熱性、較高電導率的質(zhì)子交換膜方面進行一些新的探索和嘗試。 論文在現(xiàn)有有機膜材料中篩選出三種：聚乙烯醇(PVA)、殼聚糖(CS)和聚酰亞

2、胺(PI)，制備了PVA、CS、PI空白膜，并對空白膜吸水率、溶脹度和電導率等性能進行測試。在此基礎上，采用13X、MCM41、Y型分子篩對無機質(zhì)子導體磷鎢酸進行固載，再混和入有機鑄膜液中，得到了一系列分子篩固載雜多酸一有機復合質(zhì)子交換膜，并對其質(zhì)子導電性能、含水率、溶脹度、甲醇滲透性能進行測試和比較。 聚乙烯醇空白膜含水率較高，溶脹度較大，電導率較低，質(zhì)子傳導以運載機理為主。13X分子篩固載磷鎢酸．聚乙烯醇復合質(zhì)子交換膜，含水

3、率高，質(zhì)子導電率較高，說明分子篩的固載作用較好地阻止了導質(zhì)子體磷鎢酸的流失。磷鎢酸的加入，聚乙烯醇復合膜的電導率隨溫度升高上升趨勢較空白膜明顯，增加了部分質(zhì)子以Grotthuss機理傳遞。但在70℃時，聚乙烯醇復合膜溶脹程度太大，影響到膜的機械強度變差。 聚酰亞胺空白膜的含水率較低，溶脹度較小，電導率數(shù)據(jù)整體較低。論文嘗試將13X、MCM41、Y型三種分子篩固載磷鎢酸加入到聚酰亞胺中復合制膜，研究發(fā)現(xiàn)：分子篩對聚酰亞胺膜中的磷鎢

4、酸有一定的保持作用，無機材料加入之后，聚酰亞胺復合膜的活化能降低，且膜的質(zhì)子導電率隨溫度升高，呈上升趨勢。相同磷鎢酸含量的聚酰亞胺復合膜，用MCM41固載磷鎢酸制得的復合膜比用Y分子篩的電導率高，說明MCM41分子篩高的比表面積和均一的大孔徑，較好地固載了磷鎢酸。此外，在聚酰亞胺膜中加入離子液體，考察了離子液體對膜性能的影響。 殼聚糖空白膜的質(zhì)子傳導性能不好，含水率較高，溶脹度不大。13X分子篩固載磷鎢酸一殼聚糖復合質(zhì)子交換膜的

5、電導率在90℃時達到了0.123S. cm-1。 分子篩固載磷鎢酸一聚乙烯醇復合質(zhì)子交換膜、殼聚糖復合質(zhì)子交換膜和聚酰亞胺復合質(zhì)子交換膜的甲醇滲透系數(shù)，都小于Nafionll7膜甲醇滲透系數(shù)的文獻數(shù)據(jù)16.5×10-7cm2.s-1，表現(xiàn)出良好的抗甲醇滲透性。三種復合膜呈現(xiàn)出的甲醇擴散系數(shù)實驗值大小的變化趨勢為：聚酰亞胺<殼聚糖<聚乙烯醇