【摘 要】
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碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）因其阴极氧还原动力速率快、可用非贵金属催化剂等诸多优势,一直以来备受关注。碱性阴离子交换膜（AEMs）作为AEMFC的关键部件之一,对于AEMFC的发展和应用有着极其重要的作用。然而,AEMs面临着离子电导率相对较低的难题。为了解决这一难题,我们可以通过提高AEMs中离子的浓度,来获得高的电导率。但是,此方法通常会引起膜的过度溶胀,导致膜的力学性能变差。此外,
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碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）因其阴极氧还原动力速率快、可用非贵金属催化剂等诸多优势,一直以来备受关注。碱性阴离子交换膜（AEMs）作为AEMFC的关键部件之一,对于AEMFC的发展和应用有着极其重要的作用。然而,AEMs面临着离子电导率相对较低的难题。为了解决这一难题,我们可以通过提高AEMs中离子的浓度,来获得高的电导率。但是,此方法通常会引起膜的过度溶胀,导致膜的力学性能变差。此外,碱性阴离子交换膜材料还面临着化学稳定性相对较差的问题。高分子链结构中的季铵基团与主链易受到强碱性亲核试剂OH-的进攻,从而导致季铵基团与主链的降解,膜的破坏以及导电能力的丧失。因此,如何在不损失电导率的前提下提高AEMs的化学稳定性成为AEMFC发展的另一难题。本文从平衡AEMs的电导率和尺寸稳定性以及耐碱稳定性的角度出发,选用热塑性的聚砜（PSF）和无醚键的聚（联苯-靛红）（PIB）作为骨架材料。通过接枝含多季铵功能基团的长侧链,构建亲/疏水微相分离结构来制备高性能的AEMs。具体包括以下两个方面内容:首先制备了一系列不同氯甲基接枝度的氯甲基化聚砜（CMPSF）,之后通过接枝含多季铵功能基团的长侧链,制备了含多季铵阳离子的侧链型聚砜聚合物（LQAPSF-x）,进而铺制为AEMs膜材料。通过测试发现,在80℃时,LQAPSF-94膜具有最高的离子传导率（110.13 m S/cm）,表现出较高的离子传导率。将其在1 mol/L KOH溶液中浸泡30天后,在60℃下的氢氧根离子电导率的保留率为65%。此外,LQAPSF-x膜的溶胀率均在一个较低的水平（＜20%）,表现出较好的尺寸稳定性。为了增强膜在碱性条件下的稳定性,我们选用了无醚键的聚（联苯-靛红）（PIB）主链,引入含多个季铵阳离子的柔性长链,并以长烷基链做间隔,减少氢氧根离子对主链的进攻,进一步提高其化学稳定性,成功地制备了具有微观相分离结构的季铵功能化的聚（联苯-靛红）阴离子交换膜（LQAPIB-x）。在80℃时,LQAPIB-0.8膜的离子传导率达到83.73 m S/cm,且其溶胀率仅为6.28%。而且LQAPIB-0.8膜表现出优异的耐碱稳定性,在1 mol/L KOH溶液中浸泡30天后,其在60℃下的氢氧根离子电导率的保留率可达89%。总体而言,LQAPIB-x膜表现出了很大的发展潜力。
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