《陰離子型多氟聚芳醚電解質膜的製備及性能研究》是依託清華大學，由謝曉峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陰離子型多氟聚芳醚電解質膜的製備及性能研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：謝曉峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前酸性電解質膜直接甲醇燃料電池面臨著甲醇電氧化性能差和甲醇滲透嚴重這兩大難題，限制了貴金屬催化劑的使用，成為獲得廣泛套用的瓶頸之一。鹼性電解質膜直接甲醇燃料電池由於採用了鹼性電解質膜,許多在酸性介質中無法使用的非鉑金屬成為可選的催化劑已經引起了大家的普遍關注。.本申請擬在已有研究基礎上設計併合成以噁唑為連線單元、結構明確的陰離子交換膜。用現代分析技術理論描述陰離子交換膜內的OH-轉遞、OH-/HCO3-的形成機制，揭示分子結構對離子交換膜性能的影響；研究相關基團組裝體系的組成、種類對聚合物材料性能的影響和聚合工藝對分子量和分子量分布的影響；找出膜結構與電池輸出性能的有效裁剪規律，建立電化學傳質模型。通過對分子結構-性能與電池輸出性能構-性關係的研究，了解陰離子交換膜材料分子結構的設計關鍵，開發出具有可控結構、功能的陰離子交換膜，為研製具有自主產權的鹼性直接甲醇燃料電池開闢新途徑。
結題摘要
通過聚合物的分子設計、合成，成功製備了基於多氟聚噁二唑芳醚體系的陰離子交換膜，對所製備的陰離子交換膜的結構性能進行了表征，並對其在鹼性電解質膜燃料電池中的套用作了探究，得到主要結論如下： 1. 多氟單體與含四個甲基的雙酚單體進行縮合製備得到高分子量的多氟聚合物。隨著聚合時間增長聚合物分子量逐漸增大，但分子量分布寬度變化不大，約24小時後會產生凝膠。 2.採用NBS作為鹵化試劑對苄甲基進行溴甲基化時，聚合物的功能化程度可以通過投料比來控制。 3.陰離子交換膜的溶解性、離子傳導率、尺寸穩定性及熱穩定性表征後結果表明：合成的陰離子交換膜在極性溶劑中表現了較好的溶解性，有利於膜電極的製備及電池的組裝；不但具有較適中的吸水率、較好的溶脹性和熱穩定性；還具有較高的離子傳導率，室溫下最高分別達到1.82×10-2 S cm-1（QFPAEO-2.5）、2.02×10-2 S cm-1（MFPAEO-2.5）；且隨著溫度的升高和離子交換膜容量的增大，離子傳導率逐漸升高，最高可達4.17×10-2 S cm-1（80℃，MFPAEO-2.2），基本達到了鹼性電解質膜燃料電池的要求。 4. 在相同離子交換容量下，咪唑型陰離子交換膜相比季胺型陰離子交換膜具有更高的吸水率和離子傳導率。但是，相對於陽離子交換膜（Nafion膜，0.1 S/cm）相比，離子傳導率（MFPAEO-2.5，2.02×10-2 S/cm）還不夠高，套用於鹼性直接甲醇燃料電池時將增大電池內阻。 為了提高離子傳導率，可以選擇鹼性更強的有機鹼（如胍鹽）作為陰離子交換膜的離子交換基團；以及通過設計製備嵌段共聚物膜或者“側鏈型”離子交換膜，使親水的離子交換基團能更好地聚集，在膜中形成較寬、連續的離子通道，從而提高陰離子交換膜的離子傳導率。
