富勒烯交联季铵化聚苯醚阴离子交换膜的制备

刘璇，马溢昌，张秋根，刘庆林

（厦门大学化学化工学院，福建厦门361005）

引 言

阴离子交换膜燃料电池（anion exchange membrane fuel cell，AEMFC）作为一种新型的燃料电池，采用固态的阴离子交换膜代替碱性溶液，在保持碱性电池优点的同时减少了二氧化碳带来的不利影响，且避免了液体泄漏、电极腐蚀等问题，设备也更加紧凑[1-2]。与较为成熟的质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）相比，碱性环境更有利于氧气的还原反应，使得它们可以使用非贵金属（如钴、镍）作为催化剂，大大降低了燃料电池的成本[3-5]。此外，AEMFC还解决了燃料渗透问题。例如，以甲醇为燃料时，甲醇可以透过质子交换膜（即甲醇渗透）但是不能透过阴离子交换膜（anion exchange membrane，AEM）。因为在AEMFC中，氢氧根离子由阴极运动到甲醇所在的阳极，水在阳极生成，使得水的传输方向与甲醇从阳极到阴极的渗透方向相反，减少了甲醇渗透[6]。

虽然AEMFC 有很多优点，但由于目前大多数AEM 都存在离子电导率低和耐碱性差等问题，其实际应用仍面临着很大的挑战[7-8]。通过提高离子交换容量（IEC）来提高AEM 的电导率，往往存在电导率与溶胀之间的Trade-off 效应[9-11]。而交联作为一种有效的膜调控手段，有望突破Trade-off 效应的限制，在有效地限制膜溶胀的同时，保证电导率。通常，离子通道是通过主链或者侧链之间的分子内及分子间的相互作用力形成的，但这些相互作用力往往比较弱。如果采用刚性交联剂，可以将分子链“撑开”使链间距增大，阻碍分子链紧密堆积，从而获得更大的自由体积，更加有利于离子基团的聚集，构建起更加宽阔发达的离子通道，使电导率提高[12]。……