论文部分内容阅读
质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件。目前广泛使用的Nafion质子交换膜存在价格昂贵、甲醇渗透率高等缺点。因此研究新型的具有高质子传导率及低甲醇渗透能力的质子交换膜显得尤为重要。聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸)(PAMPS)是一种典型的含有磺酸基团的阴离子聚电解质,由于其拥有较高的电导率,常被用来制备质子交换膜。但基于PAMPS的质子交换膜存在易溶胀、机械性能差的缺点,因此需要与油溶性单体共聚改变其机械性能。然而,AMPS是一种水溶性单体,与大部分油溶性单体不相容。针对存在问题,本论文首先将丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸和甲基咪唑酸碱中和形成离子液体,然后与苯乙烯/丙烯晴进行原位交联聚合。所制备得到的共聚物膜在经过酸处理之后,得到了基于PAMPS的质子交换聚合物膜。论文对质子交换膜的吸水率、离子交换能力(IEC)、甲醇渗透率、质子传导率、热稳定性以及化学稳定性等性能进行了测试与表征。结果表明,制备得到的质子交换聚合物膜具有良好的热稳定性,室温下质子传导率达到3.8×10-2 S/cm,甲醇渗透率为6.8×10-7 cm2 s-1。质子传导率基本达到Nafion117膜的水平(6.0×10-2 S/cm),同时甲醇渗透率低于Nafion117一个数量级(1.68×10-6 cm2 s-1)。质子交换膜的各种性能,如质子传导率,甲醇渗透率等,可以通过PAMPS含量及交联剂的含量来进行控制。为了进一步得倒低甲醇渗透率的质子交换膜,我们制备了基于PAMPS的有机/无机杂化质子交换膜。通过对质子交换膜掺杂丙烯酸(AAc)和表面接枝离子液体的SiO2纳米粒子(SiO2-IL),得到了具有较高质子传导率(3.9×10-3 S/cm)和低甲醇渗透率(9.7×10-8 cm2 s-1)的质子交换膜,并对其做了吸水率、质子传导率、甲醇渗透率等性能的表征。结果表面,该质子交换膜能在高温下仍然具有较高的质子传导率(10-3 S/cm数量级)。