【摘 要】
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阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)凭借其电池性能好、成本低以及低渗透率的优点引起了科学家广泛的研究。而其关键部件阴离子交换膜的电导率不高、耐碱性差是目前阻碍其发展的两
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阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)凭借其电池性能好、成本低以及低渗透率的优点引起了科学家广泛的研究。而其关键部件阴离子交换膜的电导率不高、耐碱性差是目前阻碍其发展的两个难题,目前主要尝试采用具有良好化学稳定性的叔胺基团改善膜的电导率以及应用无机组分形成物理包覆减少氢氧根攻击提升膜的耐碱性。本文的研究目的是制备新型的硅氧烷交联聚苯醚基阴离子交换膜并表征其综合性能,具体内容如下:(1)将聚苯醚溴化后与N-甲基二乙醇胺(MDEA)发生季铵化反应并引入羟基,EHTMS与羟基发生开环反应连接到聚苯醚侧链上,利用溶胶-凝胶工艺制备不同EHTMS/MDEA的摩尔比的阴离子交换膜。FTIR结果证明制备过程中的化学反应如期进行,MDEA和EHTMS成功的加入到体系中。SEM结果显示膜的整体结构致密均匀,无明显的相分离现象,并且TG测试显示膜在220℃下的热稳定性好。机械性能测试显示适量交联剂加入会增强膜的拉伸强度,最大达到18.73 MPa。膜的离子电导率会随着硅氧烷含量的增多而减少,但交联结构的增多会增强膜的耐碱性,AEM-20膜在80℃下的离子电导率为17.6 mS/cm,在60℃下碱性溶液中浸泡一段时间后膜的离子电导率损失为30%,稳定在9.8 mS/cm,适量交联剂的加入会提高膜的耐化学稳定性,提升膜的综合性能。(2)选择TMHDA/EHTMS作为交联剂协同作用,利用溶胶-凝胶工艺制备TMHDA/硅氧烷交联聚苯醚基阴离子交换膜。~1H NMR和FTIR证明制备过程的化学反应如期进行。SEM和TG结果显示膜的整体结构致密均匀,并且在220℃内热稳定性好。机械性能测试证明膜的韧性随TMHDA含量增多而提升,拉伸强度也一直增大,最大达到19.67 MPa。IEC和吸水率、溶胀度的测试证明添加TMHDA作为交联剂后比同含量的EHTMS膜的吸水率增大,改善了膜的传导离子的能力,并且膜仍具有良好的尺寸稳定性。IEC和离子电导率测试显示添加TMHDA后改善了膜传导离子的能力,添加的交联剂含量为20%时的AEM-3膜的电导率从30℃下11.6 mS/cm提升到80℃下19.2 mS/cm。耐碱性测试表明加入TMHDA会使耐化学性能略有降低,但是影响不大。制备过程添加TMHDA作为EHTMS的协同交联剂有利于提升膜的整体性能。
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