基于双核咪唑盐阴离子交换膜的制备与表征

采用两步法合成了双核溴化1-乙烯基-3-(6-(1-丁基咪唑))己基咪唑盐[VBIm HIm][Br]2,并通过1H-NMR对[VBIm HIm][Br]2的化学结构进行了表征;然后将[VBIm HIm][Br]2与苯乙烯、丙烯腈混合均匀后,通过紫外光引发聚合,得到碱性阴离子交换膜。通过傅里叶变换红外光谱对阴离子交换膜的结构进行了表征,并系统对膜的吸水率、溶胀度、热稳定性、力学性能及电导率等进行了研究。研究结果表明,该类阴离子交换膜降解温度达到300℃,[VBIm HIm][Br]2含量为10%的阴离子交换膜25℃时的吸水率为96%,溶胀度只有44%,拉伸强度为38. 32 MPa,最大断裂伸长率可达26. 37%;在80℃时,其离子的电导率可达22 m S/cm,该类阴离子交换膜有望应用于碱性阴离子交换膜燃料电池领域。

基于聚苯醚的哌啶盐型阴离子交换膜的制备与表征

以聚苯醚(PPE)和N-溴代丁二酰亚胺为原料,合成了不同溴化度的溴化PPE(Br-PPE),并进一步用哌啶盐(1–甲基哌啶)对Br-PPE进行功能化修饰,采用溶液浇铸法制备了基于哌啶盐的阴离子交换膜(Pip-PPE膜)。详细研究了Pip-PPE膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀度、热稳定性、力学性能、电导率及耐碱性。结果表明,随着溴化程度的增加,Pip-PPE膜的IEC、吸水率、溶胀度、电导率和断裂伸长率都增大,而拉伸强度和拉伸弹性模量都减小,在80℃时,Pip-PPE-20膜和Pip-PPE-40膜的电导率分别为66.11 m S/cm和78.26 m S/cm。Pip-PPE膜具有良好的热稳定性。在室温下,Pip-PPE-20膜和Pip-PPE-40膜在2 mol/L的KOH溶液中连续浸泡15 d后,表现出优良的耐碱性,其电导率保持率都在97%以上。

基于含氟聚苯并咪唑/磺化壳聚糖复合质子交换膜的制备与表征

通过磺化反应在壳聚糖(CS)上引入磺酸基团制得具备良好质子传导能力的磺化壳聚糖(SPCS)。以含氟聚苯并咪唑(FPBI)为基体材料,通过掺杂磺化壳聚糖制备得到FPBI-SPCS复合质子交换膜。研究了SPCS的质量分数对复合膜的机械性能、热稳定性、吸水率、溶胀度、质子电导率等性能影响。结果表明,复合膜的质子电导率随着SPCS质量分数的增加而增加,但是吸水率、溶胀度却随着SPCS质量分数的增加而下降,复合膜依然能够保持良好的机械性能和热稳定性。FPBI-SPCS复合膜在80℃下最高电导率达18.52 m S/cm,有望在质子交换膜燃料电池中得到应用。

质子型离子液体/功能SiO_2复合高温质子交换膜的制备与表征

通过正硅酸四乙酯水解制备了粒径约为70nm球形SiO_2纳米粒子,合成了1-甲基-3-[(三乙氧基)丙基]咪唑氯化物(离子液体),并对SiO_2纳米粒子进行表面修饰得到离子液体表面修饰的功能SiO_2(Im-SiO_2)。以苯乙烯、丙烯腈为基体材料、以质子型离子液体为质子导体,通过掺杂Im-SiO_2制备复合高温质子交换膜。通过扫描电子显微镜、热重分析仪和电化学工作站研究了质子交换膜的微观形貌、热稳定性和电导率,并考察了Im-SiO_2的含量对质子交换膜性能的影响。研究发现,复合质子交换膜的最高电导率可达10-2 S·cm-1。Im-SiO_2的掺杂对质子交换膜的热稳定性影响不大,但适量Im-SiO_2的掺杂有助于提高质子交换膜的导电性能以及保离子液体的能力。这些结果表明该类复合质子交换膜是高温质子交换膜燃料电池理想的隔膜材料,具有很好的应用前景。