论文摘要
高分子固体电解质（SPE）作为聚合物电解质膜应用在燃料电池中,起着分隔燃料和氧化剂、传导离子和绝缘电子的作用,碱性聚合物电解质膜燃料电池（APEMFC）是近年来燃料电池发展的一个重要方向。与质子交换膜燃料电池（PEMFC）相比,它具有成本低、电池系统简单和电氧化反应速率在碱性介质中快等优点,引起了科学家们的广泛关注。但由于OH-离子体积大,活动能力不到H+离子的1/3,离子电导率不及质子交换膜,所以制备高电导率的碱性聚合物电解质膜对APEMFC的研究和应用具有重要的理论意义和实用价值。聚苯乙烯（PS）树脂是阴离子交换树脂的常用材料,具有成本低、分子组成可设计、化学稳定性好等优点,是一种较理想的碱性聚合物电解质膜的基体材料。但其可加工性差和电导率低是阻碍其在燃料电池领域应用的关键因素。本论文通过在苯乙烯/对氯甲基苯乙烯（CMS）共聚物主链上引入甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）制备碱性聚合物电解质（APE）前驱体,通过季铵化和离子交换制备了碱性聚合物电解质膜,对其结构和性能进行表征和分析,并组装成膜电极进行燃料电池性能测试。通过以上研究,我们得到了如下结论：（1）采用自由基共聚的方法合成了苯乙烯-对氯甲基苯乙烯共聚物,并对其结构和性能进行了分析。研究表明,随反应物中CMS含量的增加,共聚物CMS单元的摩尔分数逐渐增大,共聚物CMS单元的摩尔分数与投料比基本吻合。（2）通过分子设计,加入甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯可以有效改善二元共聚物的力学性能。并且苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的摩尔比为25:10:25:40,得到的聚合物综合性能较好。（3）通过季胺化反应、离子交换制备了OH-型阴离子交换膜。季胺化反应后薄膜的含水量提高,电导率在室温下最高达到3.07×10-3S/cm,离子交换容量IEC为0.81mmol/g。薄膜干态下强度达到17.40 MPa,断裂伸长率为13.41%；湿态下为7.39 MPa,断裂伸长率达到129.28%。（4） MMA/BA/CMS/St-OH膜电导率与该电解质膜所处的环境温度密切相关,膜的电导率随温度的升高而增加,电导率与温度的关系遵循Arrhenius原理。（5）采用QA（MMA/BA/CMS/St）膜制备了膜电极组件,并进行燃料电池性能测试,电池的最大功率密度为27.12mW/cm2,最大电流密度为157.3mA/cm2,开路电压为1.06V。该膜有望用于燃料电池并且性能良好。