帶有穩(wěn)定側(cè)鏈的接枝型質(zhì)子交換膜制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)的核心組成部件是作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜。目前技術(shù)最成熟的質(zhì)子交換膜屬于全氟磺酸膜，全氟磺酸膜中又以Nafion(R)性能最好。但全氟磺酸膜的價(jià)格昂貴、低溫工作時(shí)催化劑易中毒、質(zhì)子傳導(dǎo)率嚴(yán)重依賴于膜內(nèi)水含量?；腔療N類聚合物具有較高的熱穩(wěn)定性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性、成本低廉。其中接枝型質(zhì)子交換膜內(nèi)部可以形成均勻連續(xù)的離子域，有望成為性能優(yōu)良的燃料電池用質(zhì)子交換膜。很遺憾的是目前比較成熟的接枝型質(zhì)子交

2、換膜所具備的側(cè)鏈大都為磺化聚苯乙烯結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，導(dǎo)致膜的壽命較短。針對(duì)此問題，本文將制備磺化聚苯硫醚長(zhǎng)側(cè)鏈接枝的聚砜質(zhì)子交換膜。
　　本文利用化學(xué)接枝的方法獲得側(cè)鏈骨架中含有苯環(huán)等穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的接枝型質(zhì)子交換膜，具體設(shè)計(jì)思路是先將二官能度芳香族化合物縮聚得到一定聚合度的穩(wěn)定性高的化合物作為側(cè)鏈，改性后與主鏈進(jìn)行化學(xué)接枝得到膜材料。其中磺化側(cè)鏈?zhǔn)枪羌苤泻斜江h(huán)結(jié)構(gòu)的低聚合度的聚苯硫醚(PPS)，其結(jié)構(gòu)是以苯環(huán)在對(duì)位上連接硫原子形成的剛

3、性鏈，結(jié)構(gòu)中存在大π鍵，性能非常穩(wěn)定，分子結(jié)構(gòu)中的亞苯基結(jié)構(gòu)含有剛性、耐熱性，硫醚鍵具有柔性、耐熱性;主鏈?zhǔn)请p酚A型聚砜(PSf)。同時(shí)合成同一體系的側(cè)鏈為磺化聚苯乙烯(PS)接枝型質(zhì)子交換膜，并重點(diǎn)比較聚砜接枝磺化聚苯硫醚(PSf-g-sPPS)膜、聚砜接枝磺化聚苯乙烯(PSf-g-sPS)膜的穩(wěn)定性。
　　研究發(fā)現(xiàn)不同接枝度(GD) PSf-g-sPPS膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率隨溫度的升高而增大，并且在同一溫度下，接枝膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率隨接

4、枝度的增加而增加。其中GD=23％的PSf-g-sPPS膜，80℃時(shí)含水率為40.92％，溶脹率為21.3士0.85％，質(zhì)子傳導(dǎo)率為62 mS cm-1。該接枝型質(zhì)子交換膜側(cè)鏈骨架含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性要高于傳統(tǒng)的聚苯乙烯型接枝膜?？寡趸€(wěn)定性:兩種接枝膜在Fenton's試劑中處理的時(shí)間越長(zhǎng)質(zhì)量損失越大，經(jīng)比較，IEC相當(dāng)處理相同時(shí)間PSf-g-sPPS膜的質(zhì)量保持率比PSf-g-sPS膜的質(zhì)量保持率高10％;電導(dǎo)率保持率高15％。關(guān)