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磺化聚酰亚胺/二氧化硅杂化质子交换膜的制备与性能研究

刘丹  
【摘要】: 质子交换膜是燃料电池(PEMFC)的核心部件之一,它的发展对PEMFC的工业化进程具有十分重要的意义。目前在燃料电池中应用较广泛的是Nafion膜,但其具有价格过高、污染环境、低湿度下质子传导率低、对甲醇燃料电池的阻醇性能差等缺点,因此在使用上受到了一定的限制。发展新型质子交换膜成为一个重要研究课题。 无机-有机复合膜由于同时具备无机和有机材料的优点,因此备受关注。本文选用机械性能好、电导率高、阻醇性能好的磺化聚酰亚胺(SPI)作为聚合物基体,分别通过原位溶胶-凝胶法和溶液共混法,向磺化聚酰亚胺膜中引入无机SiO_2和磺化介孔SiO_2(s-SiO_2),制备出一系列SPI/ SiO_2无机-有机复合膜。研究发现,引入一定量的无机SiO_2可使复合膜的机械性能和热性能得到改善。通过溶胶-凝胶法制备出的SPI/SiO_2复合膜中,SiO_2含量最高的SPIK-30-SiO_2膜具有最高的质子传导率和最低的甲醇渗透率。通过溶液共混法制备的SPI/sSiO_2复合膜研究结果发现,引入s-SiO_2可以提高膜的热性能和质子传导率。但s-SiO_2含量大于7wt%时,复合膜机械性能明显降低,且质子传导率也较低含量的低。整体上含有3wt% s-SiO_2的复合膜具有较优异的综合性能,其机械性质、质子传导率和甲醇的选择性都较好。


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