SPEEK-P4VP酸堿復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的核心部件?；腔甲寰酆衔锞哂袃?yōu)良的熱性能、機(jī)械性能和較好的阻醇性，被認(rèn)為是最有可能替代Nation的新型膜材料之一。但這類磺化聚合物膜在磺化度和溫度較高時，易發(fā)生嚴(yán)重溶脹現(xiàn)象，尺寸穩(wěn)定性差：低磺化度的膜材料，雖可以保證高溫下尺寸穩(wěn)定性，但其質(zhì)子傳導(dǎo)率較低，電性能不高。 為了解決膜尺寸穩(wěn)定性與電性能相矛盾的問題，得到綜合性能更好的膜材料，本文采用酸堿復(fù)合的方法，選取磺化聚醚醚

2、酮(SPEEK)作為離子傳導(dǎo)聚合物，加入4-乙烯吡啶(4-VP)堿性單體共混后通過熱聚合來制備酸堿復(fù)合質(zhì)子交換膜，通過酸堿基團(tuán)之間形成的離子鍵和氫鍵作用提高復(fù)合膜的抗溶脹性，從而提高復(fù)合膜中的磺化度，優(yōu)化膜的尺寸穩(wěn)定性與電性能。 本文首先采用濃硫酸均相磺化法制備了一系列不同磺化度的SPEEK材質(zhì)。通過對SPEEK耐水溶性和溶劑溶解性的研究，選取磺化度(DS)高于50％的SPEEK作為酸性聚合物，制備了不同磺化度和4-VP含量的S

3、PEEK/P4VP酸堿復(fù)合膜。考察了偶氮二異丁腈(AIBN)和過氧化苯甲酰(BPO)兩種引發(fā)劑對膜性能的影響，實驗表明，濃度為0.2wt％的AIBN是單體聚合較適宜的引發(fā)劑條件。離子交換容量(IEC)的測試證實了SPEEK/P4VP酸堿復(fù)合膜中離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)的存在。 酸堿基團(tuán)相互作用力產(chǎn)生的離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效提高了膜的尺寸穩(wěn)定性。80℃時，SPEEK56/P4VP-10％復(fù)合膜含水率和溶脹度與SPEEK56原膜相比分別下降了46

4、.9％和41.2％。復(fù)合膜還表現(xiàn)出良好的高溫導(dǎo)電性，95℃時SPEEK56/P4VP-10％復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到5.5×10-2S·cm-1，略高于該溫度下Nafionll2膜和SPEEK50膜，含水率和溶脹度與SPEEK50膜相比分別下降了40.9％和33.6％?？梢娡ㄟ^調(diào)節(jié)SPEEK的磺化度和4-VP的含量制備的SPEEK/P4VP酸堿復(fù)合膜對解決膜的尺寸穩(wěn)定性和電性能矛盾問題是一種可行的方法。 此外復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性、阻醇