【摘要】：質(zhì)子交換膜材料作為質(zhì)子交換膜燃料電池的“心臟”,理應(yīng)得到更好的關(guān)注及研究來(lái)推動(dòng)燃料電池的發(fā)展。目前Nafion膜材料雖然實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,但依然存在很多不足。磺化聚芳醚酮類(lèi)質(zhì)子交換膜材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能,熱性能以及較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率,是最有前景的質(zhì)子交換膜材料之一。但高溫下隨著水分的蒸發(fā)流失,其質(zhì)子傳導(dǎo)率急劇下降,依然無(wú)法滿足燃料電池的要求。因此,對(duì)磺化芳香類(lèi)質(zhì)子交換膜材料進(jìn)行改性勢(shì)在必行。因此,本論文針對(duì)以上問(wèn)題,制備了兩種新磺化聚芳醚酮類(lèi)質(zhì)子交換膜材料并開(kāi)展研究工作。首先,在磺化聚芳醚酮(SPAEK)基礎(chǔ)上制備有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型質(zhì)子交換膜材料�；腔鄯济淹酆衔镒鳛榛腔枷泐�(lèi)聚合物的一種,具有熱穩(wěn)定性高,機(jī)械性能好,化學(xué)穩(wěn)定性好,成本低等優(yōu)點(diǎn)。氨基化介孔二氧化硅納米粒子(NH_2-Si O_2)作為無(wú)機(jī)粒子摻雜到聚合物基質(zhì)中,制備出有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型質(zhì)子交換膜材料。NH_2-Si O_2具有無(wú)機(jī)粒子的特有的優(yōu)點(diǎn),即比表面積較大可以增強(qiáng)膜材料的保水能力,使得聚合物膜材料在中高溫條件下仍能擁有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率;同時(shí),氨基和磺酸基之間還存在酸堿離子相互作用,使聚合物膜材料保持一定的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。其中SPAEK/NH_2-Si O_2-7%在80℃是具有突出的保水能力(水的脫附系數(shù)為1.37×10~(-10) cm~2/s));SPAEK/NH_2-Si O_2-5%在100℃時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.159 S cm~(-1)高于SPAEK的0.0413 S cm~(-1)。其次,為了進(jìn)一步提高磺化聚芳醚酮質(zhì)子交換膜材料的綜合性能,意圖在聚合物主鏈上直接進(jìn)行修飾來(lái)提高質(zhì)子傳導(dǎo)率。以磺化聚芳醚酮為基質(zhì)引入氮雜環(huán)結(jié)構(gòu),制備含有氮雜環(huán)的質(zhì)子交換膜材料。咪唑作為氮雜環(huán)的一種,可以同時(shí)充當(dāng)質(zhì)子的給體和供體,在中高溫和低濕度情況下提高聚合物膜材料的質(zhì)子傳導(dǎo)率。SPI-3在100℃時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.25 S cm~(-1)高于Am-SPAEK-2的0.109S cm~(-1)。同時(shí)表現(xiàn)出較為優(yōu)異的機(jī)械性能和氧化穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2;TM911.4

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本文編號(hào)：2730350