SPPESK-PWA及其表面改性質(zhì)子交換膜的制備.pdf

1、質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心組件。商業(yè)化的Nafion膜有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，但是成本較高，燃料滲透嚴(yán)重，高溫質(zhì)子傳導(dǎo)率下降較快，難以滿足膜在高溫低濕條件下的操作要求?；腔鄯济秧客?SPPESK)是一種性能優(yōu)異的非氟磺酸膜材料，用其制備的SPPESK膜具有良好的耐溶脹性和較低的甲醇滲透性，但是其質(zhì)子傳導(dǎo)率較相同磺化度的其他磺化材料稍低，有待進(jìn)一步提高。
　　本文將高質(zhì)子傳導(dǎo)性和高熱穩(wěn)定性的無機(jī)固體磷鎢酸(PWA)

2、摻入SPPESK中制備有機(jī)無機(jī)雜化膜，進(jìn)一步提高膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。在此基礎(chǔ)上，在雜化膜表面原位聚合聚苯胺層或聚吡咯層，限制PWA的流失，減少PWA流失導(dǎo)致的質(zhì)子傳導(dǎo)率的降低，提高膜的耐溶脹性和機(jī)械性能，得到綜合性能更好的SPPESK復(fù)合膜。為進(jìn)一步提高SPPESK膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，對SPPESK進(jìn)行PWA摻雜，制備了不同摻雜量的系列SPPESK/PWA有機(jī)無機(jī)雜化質(zhì)子交換膜。PWA與SPPESK摻雜比為5∶5的雜化膜吸水率為185％～192

3、％，比SPPESK原膜提高近1.5倍;20℃質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到0.085 S/cm，比原膜提高了近1.5倍，接近于原膜在90℃下的質(zhì)子傳導(dǎo)率;但常溫水中浸泡20天后質(zhì)量流失率為6.96％，高于SPPESK原膜。為限制PWA的流失，對SPPESK/PWA雜化膜表面進(jìn)行聚苯胺改性制備復(fù)合膜。復(fù)合膜溶脹度顯著降低，質(zhì)子傳導(dǎo)率略有下降。聚合苯胺5次的復(fù)合膜90℃時的溶脹度只有13％，僅為雜化膜的1/3;質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.133 S/cm，低于聚合前雜

4、化膜，但比同溫度下SPPESK原膜提高28％;常溫質(zhì)量流失率為0.32％，比雜化膜(5.39％)低一個數(shù)量級，高溫浸泡后質(zhì)量流失率為20.38％，比雜化膜減少42％。為進(jìn)一步限制PWA高溫時的流失，對雜化膜表面進(jìn)行聚吡咯改性制備復(fù)合膜。復(fù)合膜溶脹度顯著降低，質(zhì)子傳導(dǎo)率略有下降，但質(zhì)量流失率顯著降低。聚合吡咯5次的復(fù)合膜90℃時的溶脹度只有16％，為雜化膜的41％;質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.113 S/cm，低于聚合前雜化膜，但仍高于同溫度下SPP