1. 製備的磺酸化聚苯乙烯,其磺酸化程度為3.69~32.09 mol%,磺酸 化程度與理論值差異大的原因,可能是合成反應時產升立體空間 障礙及極性引力作用,造成磺酸根不易接枝於苯環上;或因為隨 著磺酸化程度的上升,可反應的苯環位置越來越少,碰撞次數下 降造成的不易磺酸化;另外,也可能因磺酸根基團吸濕的特性,
使高磺酸化PSS與水互溶的特性會增加。
2. 磺酸化聚苯乙烯以FTIR檢測其官能基,於1001cm-1、1029cm-1 有 SO2對稱伸縮吸收峰,1124 cm-1為 SO2不對稱伸縮吸收峰,827 cm-1為支鏈苯環上磺酸根對位取代。
3. 由1H-NMR檢測自行合成的EMICl,發現所合成的化合物與
Aldrich文獻相比幾近相同。利用FT-IR 檢視其特徵官能基,於
1637cm-1、1572cm-1 有imidazole環 C=N共振吸收峰。
4. 由DSC來檢測PS、PSS與複合薄膜的玻璃轉化溫度,PS 的Tg
為100℃,PSS的Tg為100~115℃,有上升趨勢,磺酸根彼此間
具有吸引力並相互聚集,使高分子間的引力增加,鏈的自由度降 低,分子運動性降低,Tg溫度因此上升。複合薄膜的 Tg變化不大。
5. 離子液體比例大於PSS時,與水親合的效果明顯,吸水比率隨之 增加,因離子液體與 PSS基材間的作用力不同,EMIBF4、EMIpTS
和PSS交互作用較強[47],使薄膜中水可進入的空間變小,而降 低吸水比例。
6. PSS質子導電度隨著磺酸化程度升高而遞增,在磺酸化32.5 mol%
時,常溫時質子導電度約在1.18×10-1 S/cm,當離子交換容量越 高、吸水膨潤比越多時,薄膜的質子導電度也就越高。磺酸根基 團會吸水的特性,增加質子在薄膜中傳遞的速率,進而提升質子 導電度。高溫會使水份散失,質子無法形成水合離子,降低了質 子傳遞的效果。質子導電度量測環境提升到80℃,離子液體對複 合薄膜質子導電度有顯著的提升。
7. PSS與複合薄膜組裝成MEA,測量其電池效能,結果顯示,PSS 之MEA起始電位為Nafion 的90%,EMIBF4/ PSS 之MEA起始
電位為Nafion 的85%。另外,雖然常溫下PSS摻混離子液體複合
薄膜的質子導電度不如純的PSS薄膜,提升至 50℃的MEA電池 效能,確實因為EMIBF4離子液體的混摻而使電池功率密度有六 倍的提升,電池電位有18%的增加,離子液體的混摻在較高溫的 情況下,會減低複合薄膜的阻抗,燃料電池之效能有所提升。
第六章 建議
1. 在交流阻抗分析的實驗中,得知Nafion 與PSS薄膜溫度的提升使 質子導電度隨之下降的原因是水份的散失,在未來的研究中可測 量較高溫下薄膜的含水比率,及交流阻抗分析實驗後的薄膜含水 比率,藉以了解水份的散失程度對質子導電度的影響。另外針對 複合薄膜要檢測高溫下含水比率,因質子導電度在溫度上升的狀 況下仍能往上增加,藉以了解離子液體對於水分散失是否有抑制 效果。
2. 在膜電極組燃料電池效能實驗中,得知添加離子液體的PSS薄膜 比純PSS薄膜功率及電池電位皆有提升,但對比商用化 Nafion 薄膜MEA仍有很大的差距,可能的原因是自製的MEA與Nafion 的MEA觸媒塗佈方式、壓製方式皆不同,未來研究可購買已塗 佈好的觸媒碳紙熱壓於薄膜上,再探討之間的差異會更為準確。
3. 對於薄膜的好壞,我們還可以作耐久性的測試,如膜電極組效能 連續操作時間,以及 Fenton test(3 wt% H2O2, 20 ppm Fe2+)可測 試薄膜的抗氧化性的表現,了解製備出的薄膜耐用性如何。