新型碱性离聚物材料的制备与结构特性的研究

碱性膜燃料电池（AMFC）使用较为便宜的银、钴、镍和铁等催化剂，没有催化剂一氧化碳中毒的问题，也没有传统碱性燃料电池电解液泄漏的问题，在燃料电池领域的巨大应用潜力而受到广泛关注和重视。目前制约着AMFC问题之一是已有的阴离子膜的导离子率低，且对湿度具有强烈的依赖性。本项目基于离聚物一次结构对聚集态结构与性能的影响，通过分子设计和制备工艺设计，控制合成工艺制备不同主链结构的碱性聚芳醚离聚物，系统研究该类新型离聚物材料的一次结构、微观相结构、电学特性及微观相结构随着外界环境变化，探讨材料结构形态与电学特性之间的联系和规律，提出不同外界环境下碱性离子传导模型，寻找碱性交换膜结构控制的新方法和新技术，为开发具有自主知识产权的新型碱性离子交换膜奠定理论和实验基础。

碱性膜燃料电池（AMFC）使用较为便宜的银、钴、镍和铁等催化剂，没有催化剂一氧化碳中毒的问题，也没有传统碱性燃料电池电解液泄漏的问题，在燃料电池领域的巨大应用潜力而受到广泛关注和重视。目前制约着AMFC问题之一是已有的阴离子膜的导离子率低，且对湿度具有强烈的依赖性。本项目基于离聚物一次结构对聚集态结构与性能的影响，通过分子设计和制备工艺设计，控制合成工艺制备了不同主链结构、不同离子结构的碱性聚芳醚离聚物。主要从离子基团的结构和控制分布出发制备了无规主链型苄甲基铵离子修饰AEM、嵌段主链型苄甲基铵离子修饰AEM、无规共轭芳基侧链离子型AEM、嵌段共轭芳基侧链离子型AEM等四大类型11个系列AEM。系统研究了所获得的新型离聚物膜材料的一次结构、微观相结构、电学特性及微观相结构随着外界环境变化，探讨了材料结构形态与电学特性之间的联系和规律，提出了不同外界环境下碱性离子传导模型；本项目还对离聚物的制备工艺进行了探索，开展了离聚物控制缩聚工艺、AB-自缩聚工艺、溴甲基化工艺和后官能化工艺的研究，找到了碱性AEM结构控制的新方法和新技术。另在此基础上采用无机纳米离子超声共混工艺进一步改善了膜的结构及性能，提出了无机纳米离子对不同结构离聚物AEM性能增强的理论解释，提出了无机纳米离子增强AEM的结构模型，找到了碱性AEM的制备新方法。综上本项目成果提供了碱性交换膜结构控制的新方法和新技术，开发了具有自主知识产权的新型碱性离子交换膜，相关成果已发表SCI论文有14篇(目前引用120次)，EI文章1篇，中国专利申请6项，其中2项获得授权。