论文部分内容阅读
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前技术最为成熟、并且得到应用的燃料电池系统。然而,由于造假昂贵限制了这种清洁、高效能源的推广。采用新型的价格低廉、具有良好的耐高温性能的磺化聚芳醚酮质子交换膜材料,用于替代价格昂贵、耐高温性能不佳并且燃料阻隔性能较差的全氟磺酸膜Nafion,成为了该领域发展的趋势。为改善磺化聚芳醚酮质子交换膜质子传导率低、化学稳定性差的缺点,无机填料掺杂的具有纳米结构的磺化聚芳醚酮类质子交换膜材料近年来受到了科学家的广泛关注。本文制备了磺化的氧化石墨烯(SSiGO)和季铵化的氧化石墨烯(QGO),通过物理掺杂和离子交联的方式制备了不同掺杂比例的SSiGO-SPPEK、QGO-SPPEK和双组分掺杂的SSiGO/QGO-SPPEK有机/无机复合质子交换膜,显著提高了磺化杂萘联苯聚芳醚酮(SPPEK)质子交换膜的质子传导率和化学稳定性。对于10%掺杂的SSiGO-SPPEK复合质子交换膜,其质子传导率在30℃下达到0.094S/cm,在80℃下达到0.22S/cm,具有较高的吸水率和高温条件下的热稳定性,在170℃下无质量损失;对于QGO-SPPEK复合质子交换膜,QGO中的季铵基团与SPPEK中的磺酸基团构筑了离子交联,在60℃下、芬顿试剂(4ppm FeSO4,3%H2O2)下,10%QGO-SPPEK的耐受时间达到12小时,表明该质子交换膜具有良好的化学稳定性。然而,QGO与SPPEK形成的离子交联会在一定程度上限制了膜的质子传导率,为提高复合质子交换膜的综合性能,本文制备了双组分掺杂的SSiGO/QGO-SPPEK复合质子交换膜,8%SSiGO/QGO-SPPEK质子交换膜的质子传导率在30℃和80℃,100%相对湿度条件下分别为0.046S/cm和0.080S/cm,同时在60℃下、芬顿试剂(4ppm FeSO4,3%H2O2)下的耐受时间达到11.5小时,表明双组分掺杂的质子交换膜具有较高质子传导率,与纯聚芳醚质子膜相比,耐氧化稳定性提高,综合性能较好,在聚合物质子交换膜燃料电池领域有潜在应用前景。