半互穿网络法制备直接甲醇燃料电池用阴离子交换膜的研究
直接甲醇燃料电池(DMFC)具有效率高、功率密度高、低或零排放、体积小和易存储运输等优点，作为可以替代目前电力来源特别是便携式或移动电源的一种新能源而受到了广泛的关注。目前DMFC主要面临两大难题：一是DMFC所用的质子交换膜阻醇性能较差，甲醇渗透严重；二是阳极催化剂对甲醇氧化活性低。碱性阴离子交换膜直接甲醇燃料电池(AEMDMFC)采用了阴离子交换膜作为电解质，一方面，碱性介质中甲醇氧化速度比在酸性介质中要快，而且也不存在反应中间产物使电极催化剂中毒现象，另一方面，在AEMDMFC中，OH-离子与甲醇传递方向相反，可降低甲醇透过率。因此，AEMDMFC能够克服这两大难题。阴离子交换膜是碱性直接甲醇燃料电池的关键部件，本课题在新型阴离子交换膜的制备方面进行了尝试并对其性能进行评估。
以1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷(BTESE)为交联剂，先对聚乙烯醇(PVA)进行杂化交联，得到Si-PVA，然后将Si-PVA与溴乙基化聚乙烯亚胺(BPEI)共混，使BPEI贯穿于交联PVA网络中形成半互穿网络聚合物(s-IPN)，铸膜后得到阴离子交换膜。BPEI含量增加，膜的离子交换容量升高但同时含水量也显著提高。BPEI含量20％的膜具备较好的综合性能，其在30℃下的电导率和甲醇透过率分别为1.32×10.2 S-cm-1及7.88× lO-7cm-2·s-1。该膜的缺点是含水率偏高导致湿膜机械性能及热稳定性偏低。
采用戊二醛(GA)做交联剂，交联过程进行在PVA与BPEI充分共混后，同时加入正硅酸乙酯(TEOS)以改善膜性能，最后将聚合物与PTFE(聚四氟乙烯)多孔膜复合制备阴离子交换膜。扫描电镜与XRD测试显示聚合物与PTFE多孔膜结合良好，支撑层的引入有效降低了膜的含水率，改善了其尺寸稳定性。掺杂TEOS的复合膜电导率在70℃可达到3.17×10-2 S·cm-1，其甲醇透过率在0.78-1.13×10-6 cm2·s-1范围，具备应用于DMFC的潜力。
甲醇燃料电池;阴离子交换膜;半互穿网络聚合物
厦门大学
硕士
工业催化
刘庆林
2011
中文
TM911.4
69
2012-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）