【摘要】：氫氧根離子交換膜燃料電池(HEMFCs)因具有較低的催化劑要求、簡單的水管理、低燃料滲透率及廣泛的燃料來源等優(yōu)點而受到廣泛的關注。但其功率密度仍無法商滿足商業(yè)要求。其中最主要的原因是其核心組件氫氧根離子交換膜(HEM)的氫氧根的傳導率(HC)較低。而直接提高離子交換基團密度是直接提高氫氧根的傳導率最為常用的方法之一。但是,這種方法經(jīng)常會使膜產(chǎn)生過多的吸水量,進而使膜的尺寸急劇增加,膜的機械性能下降。因此,本文聚砜(PSf)為基材,通過均相季銨化反應制備了不同取代度的三甲胺季銨化聚砜(PSf-QaCl),并在其成膜過程中通過多巴胺原位聚合構(gòu)建了半互穿式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),限制聚砜主鏈的移動,提高HEM的耐溶脹性能。首先,制備了不同取代度的三甲胺季銨化聚砜堿性膜(PSf-QaOH)。并對其進行了核磁、紅外和實際離子交換容量(IEC)的測定。測試結(jié)果表明,PSf-QaOH膜的成功制備。此外,發(fā)現(xiàn)理論IEC為1.50 mmol g~(-1)的三甲胺季銨化聚砜膜在20℃時具有較高的傳導率30 mS cm~(-1),但在堿性燃料電池工作溫度60℃時膜的溶脹率高達76%,尺寸穩(wěn)定性下降嚴重,使其失去應用價值。因此,為了提高其耐溶脹性能,在成膜過程中通過多巴胺(DA)的原位聚合制備了聚多巴胺構(gòu)筑的半互穿式網(wǎng)絡結(jié)的PSf-QaOH(PSf-QaOH/PDA)。紅外和掃描電鏡測定的結(jié)果表明:DA原位聚合摻雜能夠與PSf-QaOH形成半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。此外,聚多巴胺摻雜的季銨化聚砜膜具有優(yōu)良的高溫耐溶脹性。以取代度為78%的PSf-QaOH為例,當多巴胺質(zhì)量分數(shù)為0.09時,添加DA進行原位聚合摻雜后,膜在60℃的溶脹率為42.0%。盡管PSf-QaOH/PDA膜具有較好的高溫耐溶脹性,但其氫氧根離子傳導率有一定的衰減。針對上述問題,含有金屬離子的聚多巴胺摻雜的季銨化聚砜膜(M-PSf-QaOH/PDA)被制備。測試結(jié)果表明:含有金屬離子的膜具有較高的傳導率和良好耐溶脹性,如,當W_(DA)為0.09,R_(F/D)為0.3時,M-PSf-QaOH/PDA 84%傳導率為65.4 mS cm~(-1)(60℃),溶脹率為40.8%(60℃);
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ425.236;TM911.4

【參考文獻】

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1 莊林;;完全不使用貴金屬催化劑的聚合物電解質(zhì)燃料電池[J];中國基礎科學;2009年06期

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本文編號：2601900