多長支鏈聚醚砜陰離子交換膜的制備與性能.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AAEMFCs）是一種新型能源技術，具有清潔、高效、環(huán)境友好等優(yōu)點，受到了世界各國的關注。堿性陰離子交換膜（AAEMs）是其核心部件之一，用于阻隔燃料與氧化劑的直接接觸，并促進氫氧根離子的傳遞，其性能能夠直接影響電池的能量轉化效率以及使用壽命。目前，AAEMs仍存在氫氧根離子傳導率低的問題，限制了AAEMFCs的商業(yè)化應用。制備兼具高的離子傳導率、良好的尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)良的堿穩(wěn)定性的AAEMs是目前研究的熱點。

2、本論文以胺基取代酚類單體為基礎合成胺基取代的聚醚砜，同時采用具有烷基鏈的功能化離子液體對聚合物進行接枝，合成并制備在同一重復單元內具有多個長側鏈功能化結構的聚醚砜膜，提高局部電荷密度，促進膜內微相分離，從而形成離子傳輸通道，提高膜的離子傳導率。
　　本文首先制備了一系列不同功能化程度和不同側鏈長度的多長支鏈咪唑鎓功能化聚醚砜陰離子交換膜（A-PES-ImOH）。測試發(fā)現，對于丁烷側鏈的聚合物膜，隨著離子交換容量（IEC）從0.83

3、mmol g-1增加到1.46mmol g-1，A-PES-ImOH膜在20℃的離子傳導率由18.6mS cm-1增加到了35.0mS cm-1，表現出較好的離子傳導能力，而其溶脹度僅由5.7%增至15.9%。同時在IEC相當的情況下，癸烷側鏈聚醚砜膜表現出比丁烷側鏈聚醚砜膜更高的離子傳導能力，20℃條件下，離子傳導率達到46.6mS cm-1。但由于溶解性等的限制，A-PES-ImOH膜的IEC限制在較低水平，膜的整體性能較低。

4、>　　為了改進由于溶解度等造成的IEC水平的限制，進一步提高膜的離子傳導性能，使用嗎啡啉離子傳導基團，制備了具有較高IEC的多長支鏈嗎啡啉功能化聚醚砜陰離子交換膜（A-PES-MmOH）。測試發(fā)現，隨著IEC從1.03mmol g-1增加到1.79mmol g-1，A-PES-MmOH膜在20℃的離子傳導率由21.7mS cm-1增加到54.9mS cm-1。而在80℃下，A-PES-MmOH-30膜的電導率高達110.4mS cm-1

5、，溶脹度僅為33.5%，表現出良好的離子傳導能力和尺寸穩(wěn)定性。
　　為了進一步增加膜內的局部電荷密度，提高膜的離子傳導能力，合成了表面嗎啡啉功能化的Al2O3-Mm納米顆粒，將其摻雜在多長支鏈嗎啡啉功能化聚醚砜中，制備了一系列不同摻雜量的A-PES-MmOH-30/Al2O3-MmOH復合陰離子交換膜。復合膜的傳導率隨納米顆粒摻雜量的增加呈現出先升高后降低的趨勢。當摻雜量為12wt.%時，復合膜的離子傳導率達到最高，20℃條件下離