質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）對未來能源需求至關(guān)重要,作為燃料電池最核心部件質(zhì)子交換膜的性能對PEMFC壽命長短影響極大。Nafion膜作為當前最被人們熟知的質(zhì)子交換膜材料之一。它擁有良好的綜合性能且在低溫環(huán)境下可以保持較高的質(zhì)子電導(dǎo)率,但是其制作成本昂貴且無法在高溫低濕度下保持較高的質(zhì)子電導(dǎo)率。當PEMFC電堆溫度高于80后,Nafion膜會出現(xiàn)少許脫水的現(xiàn)象從而導(dǎo)致質(zhì)子傳遞能力急劇下降,嚴重影響膜的性能。因此制備出價格低廉且可以在高溫情況下正常運行的質(zhì)子交換膜是目前研究重點方向之一。本文采用磺化聚醚醚酮（SPEEK）作為質(zhì)子交換膜的基體材料,分別引入羥基乙叉二膦酸（HEDP）和1-（3-氨基丙基）咪唑兩種不依賴于水的高溫質(zhì)子導(dǎo)體制備復(fù)合膜,并對制備的復(fù)合膜進行結(jié)構(gòu)表征和性能分析。具體內(nèi)容如下:（1）以磺酸和膦酸為主要質(zhì)子傳導(dǎo)載體,利用異氰酸基丙基三乙氧硅烷（IPTES）和HEDP之間的加成反應(yīng)將HEDP化學鍵合到有機硅氧烷體系中,然后將膦酸化有機硅氧烷摻雜到SPEEK基體材料中制備復(fù)合膜。通過紅外光譜測試表明IPTES和HEDP反應(yīng)成功。場發(fā)射掃描電鏡（SEM）觀察其斷面顯示復(fù)合... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

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PEMFC的工作原理圖

24h，最后放入120烘箱中處理12h直至膜內(nèi)不存在NMP溶劑。膜內(nèi)可能存在游離未參與反應(yīng)的HEDP，為了不影響后續(xù)測試結(jié)果，我們將制備的膜樣品放入去離子水中浸泡48h以去除未反應(yīng)的HEDP。所制備的不同比例的HEDP接枝IPTES質(zhì)子交換膜用Si-PX來表示（X=1，2，3，4）。具體制備流程圖如下圖2-1所示。圖2-1HEDP接枝IPTES流程圖2.2.4.3AES-X復(fù)合膜的制備按照2.2.4.2方法制備HEDP接枝IPTES混合液待用，然后稱取一定量干燥好的SPEEK加入含NMP溶液的燒杯中，加熱并磁力攪拌120min使其完全溶解。最后將溶解好的SPEEK溶液加入HEDP接枝IPTES混合液中，溫度設(shè)置為60，磁力攪拌6-8h得到澄清透明的溶膠，并將其傾倒于聚四氟乙烯膜盤中，按照2.2.4.2中熱處理方法成膜。制備的一系列復(fù)合膜命名為AES-X（X=1，2，3，4）。其中SPEEK和Si-PX質(zhì)量比為1：1。

41圖2-8質(zhì)子氫傳遞路線圖（a）運載機理，（b）跳躍機理2.5本章小結(jié)本章以磺化度62%的SPEEK材料作為復(fù)合膜基體材料，并成功引入了IPTES和HEDP。實驗表明制備的復(fù)合膜不僅具備良好的綜合性能，其還可以在高溫下保持較高的質(zhì)子電導(dǎo)率。1.通過紅外光譜證明了IPTES和HEDP成功反應(yīng)，并有效的引入至SPEEK膜中。此外，紅外譜圖還證明了IPTES成功水解形成Si-O-Si交聯(lián)結(jié)構(gòu)。2.通過耐水解性能測試證明制備的復(fù)合膜有效的避免了Si-O-P或C-O-P鍵的生成，保留水解穩(wěn)定的Si-C和P-C鍵，獲得非水溶性和水解穩(wěn)定的二膦酸基高溫質(zhì)子導(dǎo)體，避免其在燃料電池工作過程中隨水分子流失，提高耐久性。3.通過對復(fù)合膜斷面形貌觀察得出復(fù)合膜中具備良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以間接證明IPTES的成功水解，而含過多HEDP的復(fù)合膜中交聯(lián)結(jié)構(gòu)不明顯，這間接表明過量的HEDP會阻止IPTES的水解。4.對復(fù)合膜的溶脹性能和吸水率測試表明HEDP的引入可以有效增加復(fù)合膜的吸水率，同時由于IPTES的水解成功也保證了溶脹度的減校但過多的HEDP存在會導(dǎo)致復(fù)合膜溶脹度變大，這間接證明了過多的HEDP可能會阻礙

【參考文獻】：
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