【摘 要】
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与质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作的酸性环境相比,在碱性条件下工作的阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）不使用贵金属催化剂,因此大大降低了成本,有望实现大规模的工业应用。目前AEM最突出的问题就是电导率仍然较低。为了提高电导率,解决方案之一通常是构建微相分离结构,另一种方法是增加离子交换容量（IEC）。然而,增加IEC的同时也将带来较高的溶胀率。为解决上述问题,进行了一系列膜结构设计及性能的研究
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与质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作的酸性环境相比,在碱性条件下工作的阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）不使用贵金属催化剂,因此大大降低了成本,有望实现大规模的工业应用。目前AEM最突出的问题就是电导率仍然较低。为了提高电导率,解决方案之一通常是构建微相分离结构,另一种方法是增加离子交换容量（IEC）。然而,增加IEC的同时也将带来较高的溶胀率。为解决上述问题,进行了一系列膜结构设计及性能的研究,主要包括以下两个工作内容:（1）与传统的脂肪族AEM不同,本文AEM是通过一种C=C键的末端热交联反应策略制备,具有明显的微相分离结构和适当的尺寸稳定性。通过物理和化学表征可以确定,在AEM中良好的离子通道可确保OH-快速的传导。在制备的一系列的AEM中,PHFB-VBC-DQ-80%在80℃下的电导率为135.80 mS·cm-1。基于PHFB-VBC-DQ-80%的单电池在80 ℃及电流密度为260 mA·cm-2的情况下功率密度可以达到141.7mW·cm-2。通过热重分析（TGA）表明,AEM具有良好的热稳定性。此外,PHFB-VBC-DQ-80%的离子电导率在80℃的2 M NaOH溶液中浸泡500小时后仅下降7.1%。（2）由上可知,亲水和疏水端之间的极性的差异可以驱动亲水组分的自聚集,这种自聚集驱动力来源于不同聚合物链段之间的热力学不相容性。因此尝试将卟啉引入AEM结构中,利用π-π相互作用来提供主动的自聚集驱动力。最终设计了一系列TMAP-Zn-PMHQ-X膜。TMAP-Zn-PMHQ-X膜以可功能化的含氟疏水性聚合物作为主链骨架,并且以季铵化的锌卟啉作为亲水性的侧链。IEC的实验滴定结果最高为0.35 meq·g-1,膜TMAP-Zn-PMHQ-13.5%在80℃的离子电导率达153.48 mS·cn-1,溶胀率为53.3%。同时,在80℃下2 M NaOH溶液中测试1000h后,膜TMAP-Zn-PMHQ-13.5%仍具有86.5%的初始离子电导率。表明膜具有较好的耐碱性能。综上所述,该类卟啉自组装阴离子交换膜有望应用于燃料电池。
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