用于直接甲醇燃料电池的碱性膜研究

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由于碱性膜直接甲醇燃料电池(AMDMFC)具有可提高甲醇氧化反应速率,消除电拖曳造成的甲醇渗透,拓宽催化剂、电池材料的选择范围,简化水管理等优点,所以其开发研究受到人们的重视。碱性膜是AMDMFC的关键组成部件之一,其性能的好坏影响着AMDMFC的性能。因此,碱性膜的制备研究成为热点。本课题主要内容为制备高导电率、高稳定性的碱性膜。聚醚砜(PPES)、聚醚砜酮(PPESK)具有热稳定性高、溶解性能好等优点,将其改性制备阴离子交换膜,用于直接甲醇燃料电池(DMFC),尚未见文献报道。本文选用PPES、PPESK为原料,制备了氯甲基杂萘联苯聚醚砜(CMPPES)和氯甲基杂萘联苯聚醚砜酮(CMPPESK)。考察了溶剂、反应温度、反应时间、催化剂及氯甲醚用量对产物中氯含量的影响。用FT-IR、1H-NMR等测试手段对产物的结构进行了表征。用氧瓶燃烧法测定了产物中的氯含量。结果表明,当以氯仿为溶剂,无水氯化锌(或无水三氯化铝)为催化剂时,产物中的氯含量较低;当以浓硫酸为溶剂及催化剂时,产物中的氯含量较高。将不同温度下制备的不同氯含量的CMPPES和CMPPESK分别制膜,季铵化、碱化水解,制备了碱化的季铵化杂萘联苯聚醚砜(BQAPPES)膜和碱化的季铵化杂萘联苯聚醚砜酮(BQAPPESK)膜。实验发现,这两种膜均具有耐溶剂性强,含水率高,溶胀度低,抗拉伸性能和热稳定性好等优点。测试了不同反应条件下的BQAPPES膜和BQAPPESK膜的电导率和甲醇透过系数。结果表明,这两种膜的电导率在高温时(>60℃)均达到10-2S/cm,接近Nafion膜的电导率。其甲醇透过系数都低于10-7cm2/s,阻醇性能远优于Nafion膜。
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