聚膦腈接枝季铵及季磷基团作为阴离子交换膜燃料电池电解质膜的研究

摘要

近些年阴离子交换膜燃料电池较质子交换膜燃料电池正在吸引越来越多的人关注,主要是由于其在碱性环境下操作的独特的优势如较低的阴极反应动力学及较低的电阻极化。作为燃料电池的关键组成部分,拥有较高离子传导率、较高的机械强度及化学稳定性是电解质膜的必备条件。聚膦腈是主链上以磷氮原子交替排列,侧链为不同取代基的一类新型无机聚合物。由于这类聚合物成膜性能良好、主链的化学性质稳定及具有良好的剪裁性能,聚膦腈常用来作为膜材料。在本文章中,将合成的聚对甲基苯氧基膦腈溴代后再季磷化和季铵化,碱化后制得阴离子交换膜.其中影响聚膦腈分子量的合成参数包括单体三聚膦腈的浓度、反应时间、以及之后的溴代程度、季磷基团及季铵基团的比例、交联度等,对它们进行了条件优化。采用流延法制备了季磷化协同季铵化及季铵化交联膜两种膜。通过核磁确定聚对甲基苯氧基的溴代度,且制备得到的阴离子交换膜经红外、热重、差热等分析结果表明其制备得到的阴离子交换膜具有良好的热稳定性。膜的综合应用性能采用离子交换容量、水吸收、机械性能及离子传导率等进行评价。合成的两类阴离子交换膜的亲水相因聚集而形成了孔状结构及其各自的离子传导率,在30-90℃分别为9×10-4 -16.4×10-3 S·cm-1和1.13×10-3-73.3×10-3 S·cm-1.另外,这两类膜都在60℃的6M的KOH溶液中体现了优异的碱稳定性能。