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在当代能源问题日益突出的背景下,直接甲醇燃料电池(DMFC)因其能量密度高和无污染等诸多优势,在能量转化电池领域独树一帜,而其核心部件质子交换膜是保证其性能的关键所在。传统的甲醇燃料电池质子交换膜为杜邦公司的Nafion膜,具有优异的质子导电性,但其甲醇渗透性较高,易于产生阴极的催化剂中毒现象,从而降低电池效率。同时,由于其独特的全氟化结构,其生产成本较高,且生产工艺过程不环保。本课题针对Nafion膜的这些缺点,采用新型的生物高分子壳聚糖作为其质子交换膜的原材料,制备了一种新型的质子交换膜,并对其进行了进一步改性处理,开展实验研究。针对壳聚糖膜质子导电性较低的问题,提出了一种磺化改性的方案。在应用磺化剂丙磺酸內酯对壳聚糖进行磺化后,将磺化壳聚糖和壳聚糖按照不同的质量比共混成膜,并主要考察其质子导电性和甲醇渗透性。根据其综合性能的评估结果,磺化壳聚糖质量百分比为40%的磺化壳聚糖膜SCS40具有最佳的性能,但其质子导电性提升仍然有限,需要对其进行进一步的强化。由于壳聚糖的磺化对于提升其质子导电性方面不明显,在此基础上进行了改性蒙脱土的掺杂处理。实验制备了三种磺化改性蒙脱土。按照掺杂浓度2.5 wt%,5.0wt%,7.5 wt%,10.0 wt%,将未改性的蒙脱土和三种磺化蒙脱土掺入壳聚糖膜中,选出性能最优异的复合膜,将其作为后续掺杂物。综合壳聚糖的磺化和蒙脱土的掺杂,制备磺化壳聚糖膜SCS40中,测试其性能。我们发现,虽然其质子导电性在低温下较Nafion膜仍有差距,主要体现在其扩散激活能较大,但在高温下的质子导电性相对于Nafion膜的差距明显减小,且其质子导电性相对于之前有了进一步的提高,由于其甲醇渗透性明显低于Nafion膜,其选择性较Nafion膜高。可以估计该复合膜在高温燃料电池方面具有更高的应用价值。综上所述,本课题采用低成本、无污染的生物高分子壳聚糖制备了甲醇燃料电池质子交换膜,并对其进行了磺化改性和蒙脱土的掺杂处理。该研究结果有助于质子交换膜的研究向低成本和无污染的方向发展。