1、堿性聚合物膜燃料電池使用堿性陰離子交換復合膜為電解質，具有反應動力學快、燃料滲透率低、不會生成碳酸鹽、CO中毒概率小、可以使用非鉑催化劑等優(yōu)點，特別是近年來成為研究熱點。然而，由于氫氧根離子(OH-)的擴散速率僅為氫離子(H+)的1/4，因此獲得較高的電導率、降低活化極化，對堿性陰離子交換復合膜尤為重要。另一方面，膜的穩(wěn)定性，尤其是在高濃度的堿液中的耐堿穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性也成為制約堿性陰離子交換膜燃料電池(AAEMFCs)發(fā)展的一個重要

2、因素。
　　本論文通過物理-化學雙交聯(lián)法設計、制備了基于聚乙烯醇/聚二甲基二烯丙基氯化銨的交換復合膜（PVA/PDDA-OH-）并成功應用于燃料電池。該類復合膜由于PDDA特殊的五元環(huán)結構，加之物理-化學雙交聯(lián)法在膜內部形成的致密網絡結構，使制備的PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜不僅具有高的離子傳導率(＞10-2Scm-1)，同時表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和力學強度。采用傅里葉紅外分析(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、熱重分析

3、(TGA)和交流阻抗(ACimpedance)等方法詳盡考察了PVA/PDDA堿性陰離子交換膜的內部分子結構、微觀形貌、熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、耐堿穩(wěn)定性、電導率和含水率、拉伸強度，以及不同組分效應、PDDA分子量效應及碳納米管添加效應對膜性能的影響以及單電池發(fā)電性能，具體結論如下:
　　(1)紅外譜圖和電鏡照片研究表明:PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜內部形成了致密的網絡結構，說明物理-化學雙交聯(lián)法成功應用于該類膜的制

4、備。
　　(2)PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜具有較高的電導率，且電導率隨著PDDA含量的增加而增加，在PVA/PDDA質量比為1∶0.5時達到最大值0.025Scm-1，此后進一步增加PDDA含量導致電導率的下降。同時，膜的電導率也隨著PDDA分子量的增大而呈明顯上升趨勢，以高分子量PDDA(Mw=400，000～500，000)所制備的堿性膜的電導率達到0.027Scm-1。
　　(3)PVA/PDDA-O

5、H-堿性陰離子交換復合膜具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性及耐堿穩(wěn)定性。TG分析表明，在170℃之前該類膜表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性，沒有觀察到質量損失;經80℃8mol·L-1KOH溶液加速老化處理360h后，膜電導率仍然保持在0.01Scm-1;經過60℃3％H2O2處理240h后，膜的重量仍維持在80％。PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜優(yōu)良的穩(wěn)定性可能與物理-化學雙交聯(lián)法使得膜內形成的致密半互穿網絡結構以及PDDA自身特殊的五元

6、環(huán)結構有關。
　　(4)多壁碳納米管(MWCNTs)的摻雜使得膜的穩(wěn)定性得到進一步提高，特別是表現(xiàn)在膜的力學性能上。拉伸強度試驗表明:摻雜3％MWCNTs的PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜，其拉伸強度為40.3MPa，拉伸延長率為12.3％，楊氏模量為782.8MPa，與未添加MWCNTs相比分別提高了46.5％、186.0％和6.13％。同時，碳納米管的添加使得膜的內部結構更為緊密，進一步降低了膜的含水率，從而提高了

7、膜的各項性能。
　　(5)單電池發(fā)電的初步結果顯示:以PVA/PDDA-OH-堿性陰離子交換復合膜所制備的膜電極(MEA)具有優(yōu)良的發(fā)電性能。不同PVA/PDDA組成的MEA發(fā)電功率分別為11.5(PVA/PDDA=1∶0.25)，14.8(PVA/PDDA=1∶0.75)和32.7(PVA/PDDA=1∶0.5)mWcm-2，開路電壓(OCV)分別為0.6V(PVA/PDDA=1∶0.25)，1.1V(PVA/PDDA=1∶0.

8、75)和1.0V(PVA/PDDA=1∶0.5)，與日本TokuyamaA901商用堿性膜發(fā)電功率(37.7mWcm-2)和OCV(1.05V)非常接近。不同PDDA分子量的MEA發(fā)電結果分別為:18.2(PVA/PDDA-ULMw),23.4(PVA/PDDA-LMw),28.5(PVA/PDDA-MMw)和35.1mWcm-2(PVA/PDDA-HMw)。進一步MWCNTs添加后的發(fā)電功率得到明顯提高，室溫下發(fā)電功率密度達到41.3

9、mWcm-2，比未添加MWCNTs提高了26.3％，改變運行環(huán)境到40℃時發(fā)電功率迅速上升為66.4mWcm-2。
　　進一步以質量比為1∶0.5的PVA/PDDA-HMw堿性陰離子交換復合膜為例，進行發(fā)電壽命實驗。結果表明:25℃下以50mAcm-2恒流放電，經80h后發(fā)電功率密度沒有明顯衰減，電池的工作電壓下降僅為0.15V，表明PVA/PDDA-HMw堿性陰離子交換復合膜可應用于燃料電池的巨大潛能。
　　堿性陰離子交換