基于磺化聚芳醚砜質(zhì)子交換膜的改性研究.pdf

1、燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，其中質(zhì)子交換膜是燃料電池的關(guān)鍵部分。目前研究廣泛的磺化聚芳醚砜類聚合物膜由于具有良好的耐熱及抗氧化穩(wěn)定性，優(yōu)異的機(jī)械性能，較高的吸水率和質(zhì)子導(dǎo)電率成為質(zhì)子交換膜的理想材料。但該類膜材料在高溫低濕下的質(zhì)子導(dǎo)電率及穩(wěn)定性仍難滿足實(shí)際電池應(yīng)用的需求。因此SPAES類質(zhì)子交換膜在寬泛的溫度及濕度范圍內(nèi)具有較高的質(zhì)子導(dǎo)電率及穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步研究。本文采用交聯(lián)及納米材料復(fù)合的方法對SPAES進(jìn)行

2、了改性研究，制備了兩類改性SPAES質(zhì)子交換膜，并研究了它們的基本性能。
　　首先采用4，4’-二氟二苯砜、4，4’-聯(lián)苯二酚、3，3’-二磺化-4，4’-二氟二苯砜為原料，經(jīng)親核取代縮聚反應(yīng)，合成了一系列不同磺化度的磺化聚芳醚砜(SPAES)聚合物。接著以丙烯酰胺為原料、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，在偶氮二異丁腈引發(fā)作用下加入SPAES溶液，利用原位聚合方法制備了具有半交聯(lián)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜。通過改變丙烯酰胺與

3、SPAES的質(zhì)量比、交聯(lián)劑的加入量及SPAES基質(zhì)的磺化度得到一系列的質(zhì)子交換膜，并測試其各項(xiàng)性能。結(jié)果表明:隨著丙烯酰胺/SPAES摩爾量的增大，semi-IPN-SPAES/CPAM膜在吸水率、質(zhì)子導(dǎo)電率方面有所下降，尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能提高;隨著聚丙烯酰胺交聯(lián)度的提高，膜在吸水率和電導(dǎo)率方面出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。SPAES(4/6)/CPAM10％-0.4膜的IEC值為1.03mmol/g，吸水率和質(zhì)子導(dǎo)電率在80℃下分別達(dá)到5

4、1％、191mS/cm，semi-IPN-SPAES/CPAM膜在低相對濕度條件下表現(xiàn)了很好的質(zhì)子導(dǎo)電率，SPAES(4/6)/CPAM10％-0.4在80℃、60％RH條件下的質(zhì)子導(dǎo)電率達(dá)到54mS/cm，與Nafion112膜在相同條件下質(zhì)子導(dǎo)電率(56mS/cm)不相上下。
　　以SPAES為基質(zhì)，摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的納米二氧化鈦、納米二氧化硅、二氧化鈦納米管、凹凸棒土，采用球磨工藝，再利用溶液澆鑄法制備了一系列SPAES復(fù)