聚乙烯醇复合膜的制备及离子液体聚合物合成的探索

摘要

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件,通过交联,掺杂电解质等方法制备的非氟质子交换膜在价格、吸水性、耐甲醇渗透性、环境友好等方面优于垄断市场的全氟质子交换膜,但是非氟质子交换膜也存在着机械性能差,掺杂的电解质容易流失等问题。
　　 本文采用化学交联的方法,利用聚乙烯醇(PVA)中的-OH与4,5-二羧基咪唑(IDA)中的-COOH之间的酯化反应,制备了PVA/IDA复合膜,以氨基三甲叉磷酸(ATMP)作为酯化反应的催化剂和质子导体,通过溶液浇铸法制备了聚乙烯醇复合膜。
　　 论文中考查了交联时间,交联温度,IDA的含量以及ATMP含量对膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量、电导率和机械性能的影响。确定膜的最佳交联时间为2h,交联温度为120℃,PVA(repeat unit),IDA与ATMP的最佳摩尔配比为70:5:1。复合膜的电导率在20～80℃均在10-3 S·cm-1左右,拉伸强度均在45 Mpa以上。另外将本文中制得的酸性离子液体[(CH2)4SO3HMIM][CF3SO3]代替ATMP作为催化剂和质子导体掺杂到PVA与IDA的复合膜中,同时膜的吸水性和溶胀性得到了很大的改善,膜的断裂伸长率得到了较大的改善,但是膜的电导率较低。
　　 本文另外合成了两种功能化的酸性离子液体[(CH2)4SO3HMIM][CF3SO3]和[(CH2)4SO3HMIM][PF6],并对离子液体的结构,热稳定性以及电导率进行了表征。在160℃时,[(CH2)4SO3HMIM][CF3SO3]电导率为 O.53 S·cm-1[(CH2)4SO3HMIM][PF6]的电导率为0.11 S·cm-1。利用离子液体与丙烯胺的反应制备了链端含有双键的离子液体单体,试图通过聚合反应制备离子液体聚合物电解质膜,但初步的探索并不成功,需要进一步的研究。