现存的全球变暖、温室效应等环境问题,使高效、绿色、无污染的清洁能源成为人们广泛关注的热门话题。近年来,碱性阴离子交换膜燃料电池因为发电效率高、成本低,而被人们认为是一种极具发展前景的能源器件。在碱性阴离子交换膜燃料电池中,阴离子交换膜是最重要的一个组成部分,阴离子交换膜的化学性质将直接地影响其应用于燃料电池的整体性能。同时,碱性阴离子交换膜燃料电池的化学耐久性是能源转换系统的关键要求。所以,从性能上讲,阴离子交换膜不仅要求具有高的离子电导率,而且还要求其具备良好的长期化学稳定性。大量关于阴离子交换膜的研究表明,在一些提高离子电导率的方法中,最常见的是通过提高聚合物结构中阳离子功能基团的数量,提高膜的离子交换容量。但这样的方法会导致膜亲水性的增加,促使膜的吸水率和溶胀率提高。这将会影响阴离子交换膜的尺寸稳定性,更会影响膜的长期稳定性。要想保证碱性阴离子交换膜燃料电池能够长期、稳定地运行,首先就必须要充分考虑到所使用的阴离子交换膜能够具有良好的长期化学稳定性和高的离子电导率。本文旨在设计和制备一种新型的聚苯醚型阴离子交换膜,使膜具有高离子电导率的同时保证它们拥有良好的长期化学稳定性。其具体内容如下:(1)我们制备了一种基于聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PPO)和4-(二甲基氨基)丁醛二乙缩醛(DABDA)的新型梳状阴离子交换膜。通过Menshutkin反应成功地将DABDA引入溴代聚苯醚骨架中,并通过FT-IR和~1H NMR得到了证实。通过透射电子显微镜(TEM)可以看出,PPO/DABDA-x具有良好的微观相分离结构。随着接枝比例的提高,膜的吸水率、溶胀率、离子电导率和耐碱稳定性也随之提高。该膜还具备良好的力学性能,PPO/DABDA-x的拉伸强度为14.2-38.11 MPa。这是因为OH~-离子数量的增加和独特的空间位阻效应导致了较高的吸水率和尺寸稳定性。同时,PPO/DABDA-60表现出良好的耐碱稳定性。在1 M的KOH溶液中,在80°C的环境下进行576小时的耐碱稳定性测试后,PPO/DABDA-60保留的离子电导率为初始值的96%。(2)我们制备了一种新型的硅氧烷/季铵化聚苯醚的有机-无机复合型阴离子交换膜。将合成的硅烷偶联剂引入到QPPO基质中,随着硅烷偶联剂的添加,阴离子交换膜的离子电导率和长期化学稳定性得到了改善。同时,膜还具有较好的力学性能,拉伸强度为12.3-41.8 MPa。这是由于加入的无机填料在阴离子交换膜内部形成了Si-O-Si的三维网络交联结构。最重要的是,无机填料的加入为阴离子交换膜提供了更多的传输位点,提高了膜的离子电导率。其中,QPPO-Si-5具有最高的离子电导率,在80°C时OH~-离子电导率为78.7 m S/cm。在1 M的KOH溶液中,在80°C的环境下进行600小时的耐碱稳定性测试,QPPO-Si-1表现出了优异的长期耐碱稳定性,QPPO-Si-1保留的离子电导率为30.8 m S/cm(是初始值的48.3%)。