【摘 要】
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由于全球能源紧缺的现状,燃料电池因其具有效率高和环境友好等特点成为能源研究的重点。而离子交换膜作为燃料电池的重要组成,是决定电池性能的核心部件,因此制备高性能的离子交换膜至关重要。本研究尝试利用咪唑离子液体制备功能化颗粒,并引入到高分子聚合物基膜中制备阴离子杂化膜。通过咪唑离子液体的引入来增加膜中的阴离子传导基团,通过功能化颗粒的引入优化膜中的阴离子传导通道,提升阴离子交换膜的各项性能。本研究进行
【基金项目】
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河北省高等学校科学技术研究项目（No.ZD 2015118）；
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由于全球能源紧缺的现状,燃料电池因其具有效率高和环境友好等特点成为能源研究的重点。而离子交换膜作为燃料电池的重要组成,是决定电池性能的核心部件,因此制备高性能的离子交换膜至关重要。本研究尝试利用咪唑离子液体制备功能化颗粒,并引入到高分子聚合物基膜中制备阴离子杂化膜。通过咪唑离子液体的引入来增加膜中的阴离子传导基团,通过功能化颗粒的引入优化膜中的阴离子传导通道,提升阴离子交换膜的各项性能。本研究进行了以下三个工作:（1）为将咪唑离子液体修饰在氧化石墨烯上,制备了新型咪唑离子液体,即1-腈乙基-2-甲基-3-（3-氨基丙基）咪唑溴盐。制备了咪唑离子液体功能化氧化石墨烯（IL-GO）,并制备了不同含量的Im PPO/IL-GO阴离子杂化膜。IL-GO的掺入提高了阴离子交换膜的离子传导率,增强了膜的稳定性。20℃下,Im PPO/IL-GO-3膜的阴离子电导率为0.032 S·cm-1,与Im PPO纯膜相比提高了113%。同时,阴离子杂化膜的吸水率和溶胀度均下降,这证明IL-GO的掺入抑制了膜的过度溶胀,提高了膜的稳定性。（2）设计合成了咪唑离子液体1-正丁基-3-乙烯基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐,并通过聚合法制备了一种咪唑聚离子液体多孔微球P（St-co-BVBS）。并将其掺入膜中,制备了不同含量的Im PPO/P（St-co-BVBS）阴离子杂化膜。P（St-co-BVBS）的填充为膜提供了更多的阴离子传递位点。在20℃下,Im PPO/P（St-co-BVBS）-8膜的阴离子电导率为0.035 S·cm-1,与Im PPO纯膜相比提高了150%。同时,阴离子杂化膜的碱稳定性也有所提高。在碱性条件下,Im PPO/P（St-co-BVBS）-6的阴离子电导率可以稳定在69%,表现出更好的碱稳定性。（3）合成了四种不同取代基团的咪唑离子液体,1-乙基-2-甲基-3-（3-氨基丙基）咪唑溴盐（[EMAIm]Br）,1-正丁基-2-甲基-3-（3-氨基丙基）咪唑溴盐（[BMAIm]Br）,1-异丁基-2-甲基-3-（3-氨基丙基）咪唑溴盐（[IMAIm]Br）和1-苯基-2-甲基-3-（3-氨基丙基）咪唑溴盐（[Ph MAIm]Br）。通过化学修饰法制备出咪唑离子液体负载氧化石墨烯。通过共混法制备出一系列阴离子杂化膜,并且结合理论计算探究了碱稳定性。计算结果显示,IMAIm咪唑阳离子的LUMO能量和OH-结合能均为最低,为-0.980 e V和-0.509 e V。实验测得的碱稳定性结果为M-IMAIm>M-BMAIm>M-EMAIm>M-Ph MAIm,与理论计算的结果相符。证明通过设计取代基可以改善咪唑基团的降解,提高阴离子交换膜的碱稳定性。
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