张红星,蔡芳昌,马宁,殷浩,胡金星,任荣,蒋涛

(湖北大学材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062)

质子交换膜燃料电池以其高效节能,工作电流大,工作稳定可靠,冷启动时间短,环境友好,体积、重量小,便于携带等诸多优点在小功率电源方面极具发展潜力[1].质子交换膜作为质子交换膜燃料电池的核心部分而备受关注.目前使用得最多的为美国杜邦(Dupont)公司生产的Nafion膜,该膜在电导率,耐化学腐蚀性,拉伸强度方面具有显著的优势,但其价格昂贵,使用温度低(<100 ℃)燃料尤其是甲醇渗透率高,阻碍了其大面积推广应用[2].氢燃料电池所使用燃料为氢、氧气体,气体的渗透会造成膜性能降低,电极腐蚀,燃料的浪费.因此质子膜必须具备高的阻隔性能.EVOH由于分子链上羟基的存在,使其结晶性提高,对气体有很好的阻隔作用.EVOH对氧气渗透系数为4,对氢气的渗透系数为450[3].

1 实验部分

1.1药品与仪器设备乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH):RESINS USA;二甲基亚砜(DMSO):分析纯,天津市福晨化学试剂厂;1,3-丙烷磺酸内酯:分析纯,Aladdin Chenistry Co.ltd Fengxian District;丙酮:分析纯,深圳市天时化工有限公司;碳酸钾:分析纯,天津市福晨化学试剂厂.红外光谱仪:AVATAR 370;电化学工作站:ZAHNER IM6,热重分析仪:DIAMOND TG/DTA;超声波振荡器;透析袋:截留分子量MC=3 500.

1.2原料处理EVOH和K2CO3使用前需在真空干燥箱中80 ℃干燥12 h,除去其中的水;溶剂DMSO和镁粉在140 ℃加热搅拌3 h除去水分,然后减压蒸馏制得无水DMSO溶剂.

1.3EVOH-g-SO3K的合成将2 g EVOH在85 ℃下溶解于70 g DMSO中,将一定量的催化剂K2CO3溶解于DMSO中,恒温搅拌2 h,然后在室温下将上述溶液混合均匀后,于85 ℃温度下滴加1,3-丙烷磺酸内酯溶液,在通N2条件下恒温反应16 h,通过开环反应制得离子聚合物.待溶液冷却后,用MC=3 500的渗透膜透析以除去未反应的1,3-丙烷磺酸内酯和K2CO3,得到所需EVOH-g-SO3K溶液.

1.4EVOH-g-SO3H质子膜的制备将所制得的EVOH-g-SO3K溶液用丙酮沉淀过滤3次,得微黄色絮状固体,然后用蒸馏水、盐酸、蒸馏水透析,至透析液中用硝酸银溶……