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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
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