高阻醇PVDF/超支化聚酰胺共混质子交换膜的制备及性能

为了制备应用于直接甲醇燃料电池的高阻醇质子交换膜,采用溶液浇铸法,将聚偏氟乙烯(PVDF)与自制的超支化聚酰胺(HBPA)按质量比1∶1,1∶2,1∶3和1∶4制备成共混膜用作质子交换膜,分别编号为PH1-1,PH1-2,PH1-3和PH1-4。在共混过程中,PVDF中的氟基基团(—F)与HBPA中的端羧基基团(—COOH)之间形成了分子间氢键,大量氢键的形成在共混膜中构建出网状交联结构。测试了共混膜的甲醇渗透性能、质子电导率、吸水率和溶胀率、拉伸性能及热稳定性等重要性能。结果表明,构建的网状交联结构有效阻止了甲醇的渗透,使4种共混膜表现出良好的阻醇性能,其中共混膜PH1-1的甲醇渗透率低至5.41×10^(-7)cm^(2)/s,比商用Nafion 117膜低一个数量级,其拉伸强度高达38.24 MPa,是商用Nafion 117的两倍多。PH1-4共混膜的质子电导率最大,80℃时达到2.96×10^(-2)S/cm。采用相对选择性作为衡量质子电导率和甲醇渗透性的综合指标,发现PH1-4在4种膜中表现最佳。由此可见,适当设计和构建网状交联结构能有效提高质子交换膜的阻醇性能,并可对其它性能进行调控。