用于DMAFC的季铵化杂萘联苯聚醚砜阴离子交换膜的制备研究.docx

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1、用于DMAFC的季铁化杂蔡联苯聚醴飒阴离子交换膜的制备研究樊彩霞李忠芳*王素文于如军山东理工大学化学工程学院山东淄博255049关键词：碱性膜直接甲醇燃料电池(DMAFC)；杂蔡联苯聚醴碉；阴离子交换膜目前，针对直接甲醇燃料电池(DMFC)研究中遇到的一些难题，人们开始研究碱性聚合物电解质膜用于直接甲醇燃料电池。这是因为在DMFC中使用碱性聚合物膜有以下优点：1)甲醇在碱性介质中比在酸性介质中更容易进行氧化反应。2)在DMAFC中透过膜传导的是阴离子，燃料电池运行时它从阴极移动到阳极，与酸性膜中质子的传导方向相反，这在很大程度上抑制了甲醇的渗透。3)DMAFC中水的电渗方向是从阴极移动到阳极，

2、这与质子交换膜直接甲醇燃料电池中的移动方向相反。由于水在阳极产生(阳极CH30H+60H-C02+5H20+6e),在阴极消耗(阴极3202+3H20+6e60H),因而使水管理方式改变并相对简单。4)在碱性介质中，更有希望找到耐甲醇的阴极催化剂。有实验表明，在DMAFC中使用银和二氧化镒作阴极催化剂，渗透的甲醇并没有影响到阴极上氧的还原汽本文采用杂蔡联苯聚醐碉(PPES)进行氯甲基化后制膜再进行季镂化，最后将膜在NaoH溶液中浸泡，制成氢氧型季镂化PPES膜。考察了不同温度下氯甲基化含量，并对原料及氯甲基化产物的红外光谱、膜的形态结构及电导率进行了测试。1实验部分1.1 膜的合成及制备1.

3、将IOgPPES粉末溶于15Om1H2SO4(95-98%)中，在冰浴下充分溶解后，开始滴加氯甲醴，在一定温度下反应一定时间，反应结束后在搅拌下将反应物倒入冰水混合物中析出产物，抽滤，再用二次蒸储水洗至PH接近于7。在60。C干燥24h得氯甲基化杂蔡联苯聚醴碉(Cmppes)o将干燥好的CMPPES溶解在n,n-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，制成质量分数为10%的制膜液，经抽滤、振荡脱泡后在洁净的玻璃板上流延成膜，60下干燥8h,100。C下再干燥2h,自然冷却到室温，浸入去离子水中将膜揭下。后将膜浸在一定浓度的三甲胺溶液中，把季镂基团引到膜上。再将膜在IM的NaoH溶液浸泡。最后,将季镂化的PP

4、ES膜用去离子水洗涤数次，并在测试性能之前一直浸泡在去离子水中。下式是PPES的氯甲基化/季镂化反应：2. 2结构表征和性能测试2.2. 1原料及氯甲基化产物的红外光谱是在美国NiCOIet5700型FT-IR波谱分析仪进行测试的。氯甲基化含量由氧瓶燃烧法测得。应用荷兰FE1公司的SiriOn200型扫描电子显微镜对膜形态结构进行观测分析。山东省科技攻关课题资助(No.0230105;No.2004GG2207089)通讯联系人：E-Mai1:zhf1i(a)1.2.2膜电导性的测量应用二电极法，将恒电位仪(EG&GM763A)与锁相放大器(EG&GM5210)联结，扫描频率65000-1Hz

5、。测量的温度为室温，湿度为100%RH0电阻R(Q)由测得的交流阻抗谱图中得到，再测出膜的厚度1(Cm)及膜的有效面积A(Cn12),根据膜电导率的计算式：。=1/AR,计算出膜的电导率。(S/cm)。2结果与讨论2.1红外分析在CMPPES和PPES的谱图(图1)中，1585CmT处是C=N的特征峰，1237CmT处是-Ar-0-A1基团的特征峰，1325和51cfi处分别是碉基的非对称和对称吸收峰。CMPPES和PPES两种聚合物均具有以上特征峰，说明两者结构相似。在CMPPES的红外光谱图中，1503CmT处只有一个较强的单吸收峰存在，而在PPES的红外光谱图中有两个较强的吸收峰存在；结

6、合CMPPES中氯含量的测定(氧瓶燃烧法)，说明对PPES进行氯甲基化反应后，确有-CHzC1存在。图1PPES和CMPPES的红外光谱图2.2SEM分析(a)表面(b)断面图2季镂化PPES膜的SEM图图2(a)是季镂化PPES膜的表面，从图中可以看出膜的表面整体很光滑，虽然有少量的杂质，但表面并没有明显的孔存在。由季镂化PPES膜的断面(b)也可以看出，其断面虽然有孔，但都不是通孔。2.3膜的导电性把所制的氢氧型季镂化PPES膜泡在去离子水中使之充分润湿并吸收足够水分，然后测其导电性能。在室温时测得所制膜的电导率。为131103Scm,NafiOn117电导率为84.67103Scm03结论采用杂蔡联苯聚醴碉制得的碱性聚合物电解质膜具有较高的离子电导率，虽然与Nafionn7膜有一定的差距，在今后的实验中将继续改进；膜的机械性能良好，因此可以将氢氧型季镂化PPES膜在的研究中应用，从而进一步对DMAFC进行研究。参考文献：1EYu,eta1.JPowerSources,2004,137:248256.2王兵，博士论文，天津：天津工业大学，2002.