【摘 要】
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阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)又称碱性膜燃料电池,具有氧还原动力学快,能使用非贵金属催化剂等优点。然而,作为其核心部件之一的阴离子交换膜(AEMs),仍面临一系列亟待解决的问题,如离子传导率不高,耐碱性差等。因此,开发出具有优异性能的阴离子交换膜是AEMFCs投入商业使用的必要前提。基于这些问题,为平衡AEMs离子传导率、碱稳定性以及尺寸稳定性等性能,进行了如下探索:1.聚苯醚(PPO)负载
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阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)又称碱性膜燃料电池,具有氧还原动力学快,能使用非贵金属催化剂等优点。然而,作为其核心部件之一的阴离子交换膜(AEMs),仍面临一系列亟待解决的问题,如离子传导率不高,耐碱性差等。因此,开发出具有优异性能的阴离子交换膜是AEMFCs投入商业使用的必要前提。基于这些问题,为平衡AEMs离子传导率、碱稳定性以及尺寸稳定性等性能,进行了如下探索:1.聚苯醚(PPO)负载二(1-金刚烷基)正丁基正丁胺基鏻六氟磷酸盐(DABAPP)系列碱性膜的制备与性能研究。为了提高季鏻阳离子的碱稳定性,选择稳定性高且具有大空间位阻的金刚烷作为取代基,合成了DABAPP季鏻阳离子基团,将其负载到稳定性、机械强度较高的溴化聚苯醚主链上,并用三乙胺取代多余的苄溴,制备了PPO-DABAPP-x系列碱性膜。制备的AEMs具有良好的离子传导率和尺寸稳定性,PPO-DABAPP-40%在80℃下离子传导率为32.4 mS/cm。将其浸泡在60℃2M KOH溶液中1200 h后,离子传导率维持在71%左右,耐碱性略有不足。2.聚磷腈(PDCP)负载溴化(4-羟基苯基)二(1-金刚烷基)正丁基鏻(HDABPB)系列碱性膜的制备与研究。三乙胺的引入以及苄位负载结构使阴离子交换膜整体耐碱性下降。为了提高膜的碱稳定性,合成了具有大空间位阻的HDABPB季鏻阳离子,并将其负载到稳定性、柔韧性较高的聚磷腈骨架上,通过调节取代比例得到一系列阴离子交换膜PDCPHDABPB-x。其中PDCP-HDABPB-55%碱性膜的IEC值为0.59 mmol/g,在80℃下最高离子传导率为25.6 mS/cm,将所得AEMs浸泡在60℃2M KOH溶液中1200 h后,其离子传导率保留86%左右,膜的耐碱能力有所提升,但离子传导率和机械强度较低。3.聚乙烯醇-季鏻功能化聚磷腈共混交联复合膜(PVA-PHDABPB-x)的制备及其性能研究。为了提高AEMs的离子传导率以及尺寸稳定性等综合性能,采用共混交联的改性手段,将PDCP-HDABPB阴离子交换膜(PHDABPB)与富含亲水基团羟基的聚乙烯醇进行共混,并用戊二醛进行交联,得到PVA-PHDABPB-x复合膜。在80℃下,PVA-PHDABPB-50%碱性膜的离子传导率为41.2 mS/cm,将其浸泡在60℃2M KOH溶液中1200 h后,离子传导率下降了12%左右,此系列阴离子交换膜相较于PDCP-HDABPB-x系列膜具有更高的离子传导率、碱稳定性以及机械强度。
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