噻唑和吡咯烷季銨化氫氧根離子交換膜的制備及性能.pdf

1、氫氧根離子交換膜燃料電池是一項新興的燃料電池，相比于質(zhì)子交換膜燃料電池，它具有電極反應(yīng)速率快、制備成本低和可用非貴金屬作為催化劑等優(yōu)點(diǎn)，更適合于直接甲醇燃料電池。氫氧根離子交換膜作為其核心部件，起著分隔陰陽極室和傳導(dǎo)氫氧根離子的作用，直接決定著氫氧根離子交換膜燃料電池的性能和壽命。氫氧根離子傳導(dǎo)率低、離子傳導(dǎo)基團(tuán)穩(wěn)定性差是氫氧根離子交換膜需要進(jìn)一步改善的關(guān)鍵問題。本文分別采用噻唑、1-甲基吡咯烷作為季銨化基團(tuán)，以綜合性能優(yōu)異的工程材料聚

2、醚醚酮(PEEK)和具有高性能的工程塑料聚醚砜(PES)作為基體材料，成功制備了噻唑季銨化PEEK和PES、和1-甲基吡咯烷季銨化PEEK和PES氫氧根離子交換膜。
　　首先選用噻唑作為季銨基團(tuán)，采用溶液澆鑄法成功制備出PEEK-ThOH和PES-ThOH膜，并對系列膜的各項性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表明:IEC在0.48 mmol/g-1.13mmol/g范圍內(nèi)的PES-ThOH膜吸水率(≤60％)和溶脹度（≤30％）均適中。IEC為

3、1.26mmol/g的PES-ThOH膜在60℃時的吸水率相對較高，使得膜的氫氧根離子傳導(dǎo)率在60℃時達(dá)到了最大值(35.7 mScm-1);相比于PES-ThOH膜，PEEK-ThOH膜的吸水率均略有提高，IEC在0.88 mmol/g-1.56mmol/g范圍內(nèi)的PEEK-ThOH膜可以保持良好的吸水率(≤100％)以及適中的溶脹度(≤40％)，IEC為1.78mmol/g的PEEK-ThOH膜氫氧根離子傳導(dǎo)率在60℃時增勢變緩，但

4、也達(dá)到了50.3mScm-1。PES-ThOH的TOD(161℃)略高于PEEK-ThOH的TOD(148℃)。PES-ThOH和PEEK-ThOH膜在20℃時的化學(xué)穩(wěn)定性較好，在30-60℃時的化學(xué)穩(wěn)定性較差，PES-ThOH的化學(xué)穩(wěn)定性稍優(yōu)于PEEK-ThOH。
　　為了進(jìn)一步提高膜的氫氧根離子傳導(dǎo)率，選用堿性更強(qiáng)的1-甲基吡咯烷作為季銨基團(tuán)，制備出PEEK-PyOH和PES-PyOH膜，也對系列膜的各項性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表

5、明:IEC為1.48mmol/g的PES-PyOH膜在溫度升至60℃時，因過度吸水而溶解在水中，IEC為1.21 mmol/g的PES-PyOH膜氫氧根離子傳導(dǎo)率在60℃時最高可以達(dá)到48.6mS/cm;對于PEEK-PyOH膜，常溫下，隨著IEC從0.96mmol/g增加到2.07mmol/g，對應(yīng)的吸水率從38.2％增加到152.3％，IEC為2.07mmol/g的PEEK-PyOH膜在常溫下的氫氧根離子傳導(dǎo)率可以達(dá)到36.8 mS