【摘 要】
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阴离子交换膜（AEM）作为燃料电池重要组成结构,其性能可以在很大程度上决定了燃料电池的工作性能和使用寿命。然而,电导率低和耐碱性差是阻碍其发展和应用的两大问题。提高AEM的离子电导率可通过提高IEC和构建离子传输通道。通常过高的IEC会带来膜的溶胀以及离子浓度稀释的问题,因此离子传输通道的构建成为当前的研究热点之一。针对不含醚键及强吸电子基团的主链结构,在碱性条件下不易受到OH-进攻,化学稳定性好
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阴离子交换膜（AEM）作为燃料电池重要组成结构,其性能可以在很大程度上决定了燃料电池的工作性能和使用寿命。然而,电导率低和耐碱性差是阻碍其发展和应用的两大问题。提高AEM的离子电导率可通过提高IEC和构建离子传输通道。通常过高的IEC会带来膜的溶胀以及离子浓度稀释的问题,因此离子传输通道的构建成为当前的研究热点之一。针对不含醚键及强吸电子基团的主链结构,在碱性条件下不易受到OH-进攻,化学稳定性好,但一般面临着溶胀大,离子电导率较低的问题。为解决上述问题,本论文展开了膜结构设计和调控,主要包括以下两个工作内容:（1）利用超强酸催化反应合成了含五氟苯基的脂肪族主链,提高其疏水性能;侧链上接枝具有多个可功能化位点的2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚,通过携带有两个季铵基团的交联剂在铸膜的过程中同时进行交联和季铵化。表征结果显示,侧链上局部高浓度的离子基团和含氟的主链形成明显的亲疏水性差异,能够有效促进形成微相分离结构。含氟主链的高疏水性以及交联结构,有效地限制了膜的溶胀。其中,膜CPFBP-TQA-100的综合性能最佳,在80℃下溶胀率低于25%;并且在80 ℃的2 M NaOH溶液中浸泡500 h后,仍保留了 70%以上的离子电导率,具有较好的碱稳定性。新型的主链结构,可为AEMs的设计提供参考。（2）考虑到全碳型主链结构不含杂原子,在碱性条件下不易发生降解,而芳香族主链含可旋转的醚键,活动更加灵活,利于高分子链的自组装。试图结合二者优点,在保证膜具有良好的碱稳定性的同时,提高其离子电导率。以部分氟化的芳香族嵌段作为疏水段:接枝离子液体的脂肪族链段作为亲水段。嵌段结构有助于膜内形成离子簇的聚集,构建良好的微相分离结构;功能化链段不含杂原子,能够保证主链良好的碱稳定性。IEC为1.51 meq g-1的膜FPAE-PVBC-QA-20在80 ℃的离子电导率为87.8 mS cm-1,并且溶胀率仅为22.9%。同时,在80℃的2 M NaOH溶液中测试500 h后,膜的离子电导率仍保留74.5%。单电池功率密度达131.7 mW cm-2,有望用于燃料电池。
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