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质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用固体薄膜作为电解质,具有功率密度高、启动速度快、携带方便等特点,可作为手机、电脑等便携式电源,也可以作为汽车、小型电站等电源,被认为最具有前景的新型清洁能源。PEMFC使用的薄膜为质子交换膜(PEM),其作用为阻隔燃料与氧化剂,隔绝电子,导通质子。目前在PEMFC中使用的为全氟磺酸类复合膜,最为代表性的为Nafion系列。但是它以水为质子载体进行质子传导导致工作温度不能过高(<80℃),长时间加湿导致膜的高溶胀,以及低温催化剂活性低等问题,限制了其发展。 离子液体(ILs)作为中温、无水电解质有着广泛的研究,但是液态的电解质在复合膜基质内容易随着阴极产生的水流出复合膜外。因此增强离子液体的保留能力对此类复合膜的研究尤为重要。 无机氧化物如SiO2其所含的羟基极易与离子液体形成氢键,有报道介孔氧化硅大量的孔道使其拥有大的比表面积,对离子液体的保留能力有一定的增强。而中空结构的氧化硅颗粒具有更大比表面积、比孔容和密度。 本文通过stober法制备了氧化硅颗粒模板,并加入十六烷基三甲基氯化铵(CTAB)进而制备了中空介孔氧化硅颗粒(HMSS)。掺杂HMSS以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基质以ILs为电解质制备了SPEEK/IL/HMSS中温、无水导电的复合膜。研究了膜材料的结构、热稳定性、电导率以及HMSS对离子液体流失的影响,制备了实心二氧化硅与空心结构作对比。 其主要结果如下: 1)成功制备了中空介孔氧化硅颗粒,其空腔直径约为200nm左右,外壳厚度为70nm左右,平均孔径2.17nm; 2)通过掺杂中空介孔氧化硅颗粒首次制备了SPEEK/IL/HMSS中温无水复合膜,复合膜均为淡黄色均匀、透明的薄膜,厚度在0.2-0.4mm之间; 3)FT-IR结果表明,复合膜中各组分靠分子间作用里结合。热重(TG)结果表明,复合膜具有高的热稳定性,其分解温度均高于300℃; 4)复合膜离子液体流失的测试结果表明,HMSS掺杂量的增多极大地减少了离子液体的流失,掺杂10%时离子液体流失率仅为7.02%。并且中空结构的氧化硅颗粒对离子液体保留能力要远远高于实心氧化硅颗粒; 5)电导率的测试结果显示,复合膜在中温、无水条件下仍能正常工作,SPEEK/IL/HMSS-2.5复合膜在200℃时电导率达到8.33×10-3S/cm。但是无机氧化硅的加入会降低电导率,对电导率产生影响。