燃料电池用质子交换膜pamps的制备与性能

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要论文首次提出采用价格低廉、环境友好、性能优越的无氟材料2．丙烯酰胺基一2．甲基丙磺酸(AMPS)韦I]各PEMFC用质子交换膜，并应用交联和复合技术对PAMPS机械强度差、甲醇渗透高等缺陷进行了改性。所制备的交联膜、复合膜不仅拥有较高的机械强度、较低的甲醇渗透性，而且保持了PAMPS高的电导性能、吸水保湿性能。论文通过分析全氟磺酸膜中质子的迁移机理，依据质子传导通道模型的概念，首次提出质子交换膜的纳米孑L结构设计(孔径5～25nm)。同时提出应用双连续相微乳液聚合技术，制备出具有孔道结构的质子交换膜。该设计将大幅度提高质子传导效率，且平滑无

2、瓶颈的孔道可部分地解决膜润湿慢、失水问题。所设计制备的AMPs缗dl^A多孔质子交换膜具有高的电导性能，同时也证明了质子传导离子通道理论模型的合理性。研究同时发现：(1)PAMPS化学稳定性、热稳定性均优于一般碳氢聚合物，满足燃料电池运行环境。PAMPS是高吸水性树脂，吸水速率快。引发剂对PAMPS的分子量有很大的影响，KMn04．H2C202引发分子量最高(1．95×104)。引发剂用量与温度也对分子量有着很大影响，50-5s瓯O．03wt％(N}h)2S20B，分子量最高(1．92x104)。在分子量越高，其吸水性能越好。50～60see可吸水饱和，只需2～5Se

3、C即可满足质子传导所需含水量，可以很好地解决膜润湿慢的难题。(2)N，N一亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与1，1’，羰基二咪唑(CDI)／双4．胺基苯砜(BAs)交联均达到较好的改性效果，交联膜拥有高的含水率、机械强度、保湿性能和电导率，低的溶胀率，尺寸稳定性好。3wt％MBA交联膜的含水率129％，拉伸强度23．6Mpa，电导率7．62x10。2S,crfl～；6％CDI／BAS交联膜则分别为110％，24．5Mpa，6．21×10。S·cml。两种交联膜的保湿性能均明显优于Nation膜。(3)PAMPS／聚乙烯醇(PVA)复合膜具备较高的含水率、机械强度、保湿性和电

4、导率，较低的甲醇渗透率、溶胀率。复合过程中，产生了磺酸酯交联和PVA自身脱水热交联，增强了复合膜的尺寸稳定性和机械强度。随武汉理T大学硕士学位论文PAMPS含量的增加，复合膜的质子传导性能显著上升，阻醇性能却下降缓慢，且在整个甲醇浓度范围内保持稳定。PAMPS含量为50wt％时，复合膜拉伸强度达21．8MDa，电导率。达1．5X10。S·cm～，甲醇透过率P仅为9．8×10。8cm2·S～。若以13=o／P为综合指标，则此膜的综合性能比Nafionl17高。(4)对于MM～H20(AMPS)微乳液体系，水相分率18～80wt％时相行为表现为双连续形态。复合乳化剂SDS

5、／OP一10的配比对最小乳化剂用量有着重要影响。油水比1．1、总质量80g时，复合乳化剂最佳配比SDS分率为55％，总用量为10．5g。AMPS的浓度的增加，乳化剂用量增加，但幅度不大。引发剂以KMn04．H2C202为优，光敏剂以安息香为优。产物孔径为1～5“m，紫外光引发孔径较小。(5)初始微乳液的双连续结构聚合固化后得到了较好的保持，但存在一定的相分离。助乳化剂的加入有利于聚合过程的稳定。助乳化剂用量10wt％(油水比1：1)，聚合过程稳定性较好，孔径较小。多孔膜溶胀率低，吸水率高，吸水速率快，电导率高(0．1～O．3S·eml)，但机械强度较低。关键词：质子交

6、换膜燃料电池(PEMFc)，PAMPS，交联，复合，微乳液聚合武汉理工大学硕士学位论文AbstractSynthesisofprotonexchangemembrane(PEM)viacheap，environmentallyfriendly,predominantandfluorine．．free2一acrylarnido-2-methylpropanesalfonicacid(AMPS)wasputforwardinordertoimprovetheperformanceandreducethecostofPEM如1lcell．Cross—linkandcompo

7、sitetechniquewasappliedtoimprovethemechanicalproperty．themethanolpermeabilityofPAMPS．Thecross．1inkandcompositemembraneshavehighmechanicalproperty．10Wmethan01permeability．Moreover，themembraneskeephighprotonconductivity，absorbentperformanceandwaterretentivity．Protontransferinperf