基于磺化聚芳醚砜質子交換膜的改性研究.pdf

1、燃料電池是將燃料具有的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置，其中質子交換膜是燃料電池的關鍵部分。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)異的機械性能，較高的吸水率和質子導電率成為質子交換膜的理想材料。但該類膜材料在高溫低濕下的質子導電率及穩(wěn)定性仍難滿足實際電池應用的需求。因此SPAES類質子交換膜在寬泛的溫度及濕度范圍內具有較高的質子導電率及穩(wěn)定性仍需進一步研究。本文采用交聯及納米材料復合的方法對SPAES進行

2、了改性研究，制備了兩類改性SPAES質子交換膜，并研究了它們的基本性能。
　　首先采用4，4’-二氟二苯砜、4，4’-聯苯二酚、3，3’-二磺化-4，4’-二氟二苯砜為原料，經親核取代縮聚反應，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互穿聚合物網絡結構的質子交換膜。通過改變丙烯酰胺與

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

4、1％、191mS/cm，semi-IPN-SPAES/CPAM膜在低相對濕度條件下表現了很好的質子導電率，SPAES(4/6)/CPAM10％-0.4在80℃、60％RH條件下的質子導電率達到54mS/cm，與Nafion112膜在相同條件下質子導電率(56mS/cm)不相上下。
　　以SPAES為基質，摻雜質量分數為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