环氧基树脂交联的含氟聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备及其性能研究

发布时间：2019-04-08 20:24

【摘要】：高温(100℃)工作下的质子交换膜燃料电池的优点包括：催化剂对燃料中的杂质如CO耐受性高、较高的电化学反应速率、简化水热管理系统等优点,因此具有良好的应用前景。其中磷酸(PA)掺杂的聚苯并咪唑膜(PBI)以其高的电导率、优良的机械性能及低廉的成本对推动高温质子交换膜燃料电池的发展起到了重要的作用。磷酸掺杂的质子交换膜的电导率受膜的磷酸掺杂水平(ADL)决定,即酸掺杂水平越高,电导率越高；但同时过高的磷酸掺杂量会导致PBI膜机械性能降低。目前研究如何同时提高电解质膜材料的电导率和机械性能,已成为促进高温质子交换膜燃料电池进一步发展的关键科学问题之一。交联是提高磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜力学强度的有效方法。含氟聚苯并咪唑(F6PBI)在有机溶剂中有良好的溶解性,且具有优异的化学和热稳定性,室温下具有良好的机械性能,但在高温下机械性能显著下降,尤其是高磷酸掺杂水平下的塑性变形妨碍了其在燃料电池中的实际应用。本研究采用共价交联的方法,以双酚A二缩水甘油醚(C 21H24O4, BDE)、双酚丙氧杂酸二缩水甘油基醚(C27H36O6, BPDE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(C3H5O2-(C2H4O)n-C3H5O, PEGDE)为交联剂与F6PBI在温和条件下交联,制备了三种不同交联结构的交联度分别为5%、10%和20%的环氧基树脂交联的含氟PBI膜,即X-F6PBI膜(X=BDE、BPDE、PEGDE)。性能测试结果显示,三类环氧基树脂交联的含氟PBI膜具有良好的热稳定性和优良的机械性能,满足高温质子交换膜燃料电池的需求。其中10%PEGDE-F6PBI/14.0 PA在180℃电导率为0.065 S cm-1；高温130℃时的机械性能为2.0 MPa,断裂伸长率为43.4%；180℃电池性能测试的峰值功率密度为409mW cm-2,工作电压为0.51 V时,电流密度为669 mA cm-2。
[Abstract]:The advantages of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) at high temperature (100 鈩，

本文编号：2454892