【摘 要】
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燃料电池被认为是清洁能源领域适应未来能源和环境要求的新一代动力电源,尤其,碱性聚合物电解质膜(AEMs)燃料电池能够摆脱对贵金属Pt的依赖,使用稳定的、价廉易得的过渡金属及其氧化物作为电催化剂,从而展现出广阔的实际应用前景.近年来,虽已开发的AEMs材料种类较多,但综合性能尚难满足碱性燃料电池的实际应用要求.其主要瓶颈体现在膜的寿命问题上.因此,迫切需要开发具有良好化学稳定性的AEMs材料.以一种
【机 构】
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中国科学院长春应用化学研究所,长春,130022
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燃料电池被认为是清洁能源领域适应未来能源和环境要求的新一代动力电源,尤其,碱性聚合物电解质膜(AEMs)燃料电池能够摆脱对贵金属Pt的依赖,使用稳定的、价廉易得的过渡金属及其氧化物作为电催化剂,从而展现出广阔的实际应用前景.近年来,虽已开发的AEMs材料种类较多,但综合性能尚难满足碱性燃料电池的实际应用要求.其主要瓶颈体现在膜的寿命问题上.因此,迫切需要开发具有良好化学稳定性的AEMs材料.以一种新型的季铵化合物为原料,经由镍催化偶联反应制备了三种具有不同疏水链段长度的微嵌型段聚合物s-,m-,和1-QPP-co-PAEKs(如图一所示).然后将上述三种聚合物制备成膜,并详细研究了相貌,吸水率,溶胀率,机械性能,热稳定性,电导率及碱稳定性等方面的性能.实验结果表明,相同离子交换容量的前提下,与疏水链段相对较短的聚合物s-QPP-co-PAEK和m-QPP-co-PAEK相比,含最长疏水微嵌段结构的聚合物膜1-QPP-co-PAEKs显示了较高的电导率(37.6mS cm-1,80℃).通过TEM测试,1-QPP-co-PAEKs较高的电导率主要归因于其良好的微相分离结构和离子簇更为有效的聚集.另外,随着非离子型疏水链段长度的增加,膜的碱稳定也得到了提高.该结果说明了长的疏水链段有效的包裹在亲水单元的周围,对季铵基团起到了很好的保护作用.总之,以上结果表明,控制季铵基团在聚苯链上的分布及调控非离子疏水单元的嵌段长度是提高阴离子交换膜的氢氧电导率和碱稳定性的有效方法.
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