【摘 要】
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阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）是一种潜在、高效的发电装置,与质子交换膜燃料电池相比,不仅具有可使用廉价非贵金属催化剂的优势,而且氧还原反应动力学更快。阴离子交换膜（AEM）是AEMFC的重要部件,至今仍面临着OH-传输效率低、机械性能和化学稳定性差等挑战。耐碱性优异的纯芳烃聚合物骨架中,聚（苯乙烯-b-（乙烯-co-丁烯）-b-苯乙烯）（SEBS）不仅具有好的延展性和成膜能力,而且具有独特的软
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阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）是一种潜在、高效的发电装置,与质子交换膜燃料电池相比,不仅具有可使用廉价非贵金属催化剂的优势,而且氧还原反应动力学更快。阴离子交换膜（AEM）是AEMFC的重要部件,至今仍面临着OH-传输效率低、机械性能和化学稳定性差等挑战。耐碱性优异的纯芳烃聚合物骨架中,聚（苯乙烯-b-（乙烯-co-丁烯）-b-苯乙烯）（SEBS）不仅具有好的延展性和成膜能力,而且具有独特的软聚（乙烯-共丁烯）嵌段和硬聚苯乙烯嵌段相互交替的结构,易构筑明显的微相分离,因此被认为是AEM制备的优秀原材料。基于本课题组前期的研究,本文选用嵌段型共聚物SEBS作为骨架,利用化学交联构建了三种特殊的聚合物网络结构,制备出了一系列离子传导率和机械性能明显改善的SEBS基AEM。具体工作包括:（1）长侧链-杂环交联型AEM通过氯甲基官能化SEBS的季铵化和交联等过程,可制备具有不同交联密度的长侧链AEM。采用双季铵盐位点的杂环改性交联剂,可以在减小溶胀的同时,获得增强的离子传导率。交联度最高的SEBS-DMA16-30%DADBH展示出最优秀的微观结构,80℃时不仅OH-传导率可达74.86 m S cm-1,而且溶胀仅为21.44%。得益于特殊的交联结构,AEM的尺寸稳定性有了明显提高。（2）吡啶交联改性型AEM为了提高SEBS基AEM的机械性能和化学稳定性,将刚性、耐碱性良好的聚（联苯吡啶）（PBPY）与6-二甲氨基己基三甲基碘化铵（PMA6）接枝的SEBS进行交联,制备了具有双阳离子侧链的SEBS-PMA6-y PBPY（y=0%～20%）AEMs。SEBS-PMA6-20%PBPY具有低溶胀（80℃为14.43%）和好的机械性能（Ts为19.96 MPa,Eb为78.54%）,相比SEBS-PMA6,PBPY的引入改善了机械性能、耐碱性和尺寸稳定性,但传导率略有减小。80℃下,SEBS-PMA6-15%PBPY的最大功率密度可达226 m W cm-2。（3）双阳离子远程接枝型AEM为改善前两章AEM碱稳定性不足和OH-传导率较低的问题,以SEBS为骨架,通过酰基化、酮还原等过程引入己基间隔基侧链,保证阳离子的远程接枝。同时,向骨架上引入不同长度的侧链,判断侧链长度对离子传输等产生的影响。SEBS-0.8C4-0.2C6交联膜具有最好的离子传输能力,80℃下OH-传导率可达85.27 m S cm-1。随着侧链变长,膜的溶胀和水吸收增大,机械性能和化学稳定性得到了明显提高。在80℃的2 M Na OH溶液中浸泡1200 h后,SEBS-0.8C6-0.2C6的传导率仅降低了5.76%。
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