【摘 要】
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燃料电池是一种按电化学原理等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能高效环保地转化为电能的发电装置。燃料电池种类繁多,其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有启动快、比功率高、结构简单等优点,是各种车载电源和便携式电源的首选能源。然而质子交换膜存在着制备方法复杂、机械性能较差、吸附磷酸后溶胀比较严重、材料价格昂贵等不足之处,限制了质子交换膜的发展和应用。本论文针对上述质子交换膜存在的问题,采用交联、有机
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燃料电池是一种按电化学原理等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能高效环保地转化为电能的发电装置。燃料电池种类繁多,其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有启动快、比功率高、结构简单等优点,是各种车载电源和便携式电源的首选能源。然而质子交换膜存在着制备方法复杂、机械性能较差、吸附磷酸后溶胀比较严重、材料价格昂贵等不足之处,限制了质子交换膜的发展和应用。本论文针对上述质子交换膜存在的问题,采用交联、有机/无机以及有机/有机复合等多种方法设计和制备了一系列的聚合物膜材料,系统考察了这些膜材料作为高温质子交换膜电解质使用的性能,为其在PEMFC中的应用提供实验依据。聚环氧氯丙烷（PECH）具有耐高温、耐腐蚀和价格便宜等特性。目前,人们对于PECH的研究主要集中在阴离子交换膜领域,对于质子交换膜的研究较少,并且PECH膜的柔韧性和机械强度较差。基于此,本文在第三章介绍了具有良好柔韧性和机械性能的咪唑功能化的PECH膜的制备方法。将甲基咪咪（MeIm）和硅烷咪唑（SiIm）接枝到PECH上,使咪唑修饰后的PECH膜可以吸附磷酸成为导质子导体。研究结果表明,该复合膜具有良好的热稳定性和较高的电导率。180℃时,该复合膜在的电导率最高可达到0.068 S/cm。单电池测试结果表明,基于PECH-50%SiIm-50%MeIm/PTFE复合膜的单电池的开路电压为0.92 V,并且复合膜的电池性能随着温度的升高而增大,在工作电压为0.5 V条件下,PECH-50%SiIm-50%MeIm/PTFE复合膜的的电流密度由120℃时的128 mA/cm2增加到180℃时的 225 mA/cm2。聚苯醚（PPO）被广泛应用于质子交换膜,但是其含有刚性苯环结构导致成膜后应力开裂及机械强度较低等不足,本文在第四章介绍了将接枝咪唑基团的PPO后与具有微孔结构PTFE进行复合,改善其机械性能的相关研究。PTFE的骨架结构使其具有良好的韧性,并且结构中大量的孔隙有利于接枝咪唑基团的PPO与PTFE的复合。研究结果表明,BPPO-SiIm-MeIm/PTFE具有良好的热稳定性,在温度低于 220℃ 时保持稳定。180℃ 时,BPPO-60%SiIm-40%MeIm/PTFE/2.37PA和 BPPO-50%SiIm-50%MeIm/PTFE/2.42PA 膜的电导率分别为 0.079 S/cm 和 0.081 S/cm;常温下其拉伸强度分别为4.17 MPa和3.63 MPa。聚氯乙烯（PVC）具有易成膜、价格低廉和相容性好等优点,本文在第五章介绍了基于PVC的复合膜的制备和性能研究,将PVC接枝不同比例的MeIm和SiIm,成膜后用硫酸处理使硅烷咪唑水解功能化,形成具有网状结构的Si-O-Si结构,增强膜的机械性能以及减少溶胀。研究结果表明,在180℃时,PVC-100%SiIm/2.80PA 和 PVC-90%SiIm-10%MeIm/1.52PA 的电导率分别为 0.112 S/cm和0.076 S/cm,其室温下的拉伸强度分别为6.01 MPa和11.82 MPa。
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