交聯(lián)型PBI類高溫質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、本文以磺化苯膦酸、三氯化鐵和磷鎢酸(PWA)為原料,采用“原位合成”的方法制備了一種新型的高溫質(zhì)子導(dǎo)體即PWA插層的磺化苯膦酸鐵(FeSPP-PWA)。SEM、TEM、EDX、XRD、TG-DTA等測試方法對其微觀形貌、元素組成、晶型結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性能進行研究。結(jié)果表明:FeSPP-PWA為層狀結(jié)構(gòu),具有很好的熱穩(wěn)定性能。高相對濕度下(RH),質(zhì)子傳導(dǎo)以Vehicle機理為主;低RH下,質(zhì)子傳導(dǎo)以Grotthuss機理為主。100％RH,

2、180℃下,FeSPP-PWA的電導(dǎo)率為0.13 S/cm;50%RH,180℃下,FeSPP-PWA的電導(dǎo)率為6.1×10-2 S/cm;干燥條件,180℃下,FeSPP-PWA的電導(dǎo)率為4.22×10-3 S/cm。
　　以3,3′-二氨基聯(lián)苯胺(DABz)和間苯二甲酸(IPA)為原料,采用“熔融聚合法”制備了低聚合度的聚[2,2’-(間苯基)-5,5’-聯(lián)苯并咪唑](mPBI);以聚醚醚酮(PEEK)為原料,濃硫酸為磺化試劑

3、,制備了磺化聚醚醚酮(SPEEK)。采用溶液共混法制備了SPEEK/PBI酸堿復(fù)合膜。SEM表明,復(fù)合膜表面平整、光滑,截面致密、無通孔。FT-IR表明, SPEEK與PBI之間形成了強烈的氫鍵作用。TG-DTA表明,復(fù)合膜具有很好的熱穩(wěn)定性。對復(fù)合膜的機械性能、溶脹度、甲醇滲透率、抗氧化穩(wěn)定性能以及電導(dǎo)率進行了研究。結(jié)果表明,復(fù)合膜具有很好的機械性能、抗氧化穩(wěn)定性能以及很好的阻醇性能。100%RH,170℃下, SPEEK/PBI(2

4、0wt%)的質(zhì)子導(dǎo)電率達到0.1985 S/cm。
　　以環(huán)氧氯丙烷、雙酚A以及氫氧化鈉為原料制備了雙酚A型環(huán)氧樹脂(DGEBA)。FT-IR證明DGEBA為所需目標產(chǎn)物,測得其環(huán)氧值為0.54。低聚合度的PBI與DGEBA制備了交聯(lián)型的PBI膜。SEM表明,膜平整、致密。TG-DTA表明交聯(lián)膜有很好的熱穩(wěn)定性,200℃不分解。交聯(lián)膜具有很好的抗氧化穩(wěn)定性能、機械性能。為提高交聯(lián)膜的電導(dǎo)率,制備了磷酸和磺化苯膦酸鐵(FeSPP)摻