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指導老師 :陳澄河老師 學號:M9940221 學生 : 郭明杰 報告日期 :2010/12/29 南台化材 1 大綱 前言 實驗藥品 實驗步驟 問題與討論 結論 南台化材 2 前言 近年來，由於綠色能源的興起，使得質子交換膜燃料電 池（PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）一直受到 各界關注。 目前最常用的商業全氟質子交換膜，例如:美國杜邦公 司的Nafion®，主要是擁有良好的化學穩定性和耐氧化 性以及高質子傳導率，其缺點成本高、操作溫度低和高 甲醇滲透率而限制其廣泛應用。 本研究希望導入芳香族磺化聚合物，例如:磺化聚醚砜 、磺化聚醚酮、磺化聚醯亞胺，作為直接甲醇燃料池的 材料，來降低甲醇滲透率。 南台化材 3 實驗藥品 Polyether sulfone 聚醚砜(PES) Chlorosulfonic acid 氯磺酸(CSA) Sulfuric acid 硫酸(H2SO4) Dimethyl acetamide 二甲基乙醯胺 (DMAc) CF2CF2 Nafion-112 厚度:50μm n CF2CF x OCF2CFCF3 OCF2CF2SO3H 南台化材 4 實驗步驟-磺酸化 20g PES、100ml H2SO4倒入三頸瓶中 室溫下攪拌2小時 滴入所需磺化PES之氯磺酸量(磺酸化) 在10OC下800rpm 攪拌1小時 以去離子水過濾樣品直到濾液pH6~7 南台化材 5 實驗步驟-成膜 SPES溶在 DMAc中，塗怖於玻璃板上 真空乾燥40℃一天、80℃兩天 進一步真空乾燥120 ℃兩天，清除殘餘溶劑 取出即得40~70μm SPES膜 南台化材 6 結果與討論 南台化材 7 SPES之DS與IEC關係值 Table.1.DS and IEC values of SPES membranes. 以NMR和滴定法所測得DS與IEC值都相當接近，且CSA濃度增加 IEC也隨之增加。 南台化材 8 SPES之AFM圖 碳氟區域 離子簇 Fig. 1. AFM tapping phase images for dry SPES membranes with DS of 0.30 (a), 0.39 (b) and 0.50 (c) and hydrated SPES membranes with DS of 0.30 (d) and 0.39 (e). 南台化材 9 SPES之吸水率 隨著SPES磺酸化增加，吸水率也隨之增加，主要是磺酸基團 有較高的親水性。 Fig. 2. Water uptake of SPES membranes as a function of DS at 30 °C in water. 南台化材 10 SPES之尺寸穩定性 吸水率會影響膜的尺寸的變化，當磺酸基團含量過高時， 會使膜在 Table .2.Dimensional change of SPES membranes immersed in deionized 水中產生膨潤甚至溶解，所以膜之吸水率與膨潤均需要受到控制。 water for 8 h at 50 °C and 80 °C. 南台化材 11 SPES之機械性質 Table.3. Mechanical properties of SPES membranes under ambient conditions 隨著SPES之磺酸基團含量增加，則會使膜機械性質下降。 before and after immersion in water. 南台化材 12 SPES之氧化穩定性 Fig. 3. Oxidative stability of SPES membranes at 80 °C in Fenton's reagent. SPES膜具有良好的氧化穩定性，原因可能為PES導入磺酸 Open symbols (○) and solid symbols (●) refer to the expended 基團後，磺酸基團未破壞PES之剛性分子結構。 time that the membranes began to dissolve and dissolved in the solution, respectively. 南台化材 13 SPES之質子傳導率 隨著SPES親水性磺酸基團增加，質子傳導率也隨之增加，此結 Fig. 4. Proton conductivity of SPES membranes in water at 25 °C as a function 果與吸水率程度有關。 of DS. 南台化材 14 SPES之甲醇滲透率 隨著SPES之磺酸基團增加，甲醇滲透率與質子傳導率呈現正相關 係，也就是說甲醇滲透率提高，質子傳導率也會增加。 Fig. 5. Concentration change of methanol with time for Nafion 112 and SPES membranes. 南台化材 15 結論 SPES隨著磺酸化程度上升，質子傳導率有上升趨 勢；且SPES 也有較低甲醇滲透率，比Nafion 112 來的優異。 SPES顯示出良好的尺寸安定性、機械穩定性和氧 化穩定性，未來會是有潛力的質子交換膜材料之 一。 南台化材 16 謝謝大家的聆聽 南台化材 17