基于新型聚芳醚砜的堿性燃料電池隔膜的合成及性能研究.pdf

1、燃料電池近來逐漸成為研究的熱點，尤其是成本低廉的堿性燃料電池(AMFCs)近來備受關(guān)注。但是作為核心部件的陰離子交換膜，在導(dǎo)電性能與力學(xué)性能方面與實際應(yīng)用的要求還有一定的差距。本論文主要致力于研發(fā)新型的帶有兩個官能團的單體，再通過分子設(shè)計的方法制備出不同種類的陰離子聚合物膜，期望能同時獲得較高的離子電導(dǎo)率和較好的力學(xué)穩(wěn)定性。
　　首先以聯(lián)苯、多聚甲醛和嗎啡啉為原料，利用曼尼希反應(yīng)合成了3,3'-二嗎啡啉甲基-4,4'-二羥基二聯(lián)苯

2、單體，簡稱DMPBP。再以單體DMPBP與雙酚A和4,4'-二氟二苯砜進行縮聚反應(yīng)，合成出 DMPBP含量不同的無規(guī)共聚物（PESTN-X，X為單體DMPBP占總的含羥基單體的摩爾百分比），然后再與碘甲烷（CH3I）反應(yīng)得到季銨化產(chǎn)物（PESQNI-X），最后鋪膜堿化，得到無規(guī)共聚物膜（PESQNOH-X）。核磁氫譜表明，合成了目標單體和目標聚合物。膜的性能測試結(jié)果表明，無規(guī)共聚物膜的離子交換容量和電導(dǎo)率都很高，但溫度升高，吸水率急劇增

3、加，機械強度下降，難以應(yīng)用。
　　在論文第二部分，通過分子設(shè)計方法合成了一種嵌段聚合物。首先以單體DMPBP和4,4'-二氟二苯砜為原料合成了聚合度（DP）為4的低聚物，簡稱BDMPBP，再用此低聚物與雙酚A和4,4'-二氟二苯砜進行縮聚反應(yīng)，合成一系列比例不同的嵌段聚合物BPESTN-X（X為低聚物BDMPBP占總含氟單體的摩爾百分比），經(jīng)過季銨化反應(yīng)得到聚合物BPESQNI-X，最后堿化得到嵌段聚合物BPESQNOH-X。BP

4、ESQNOH-X膜具有好的力學(xué)穩(wěn)定性，耐堿穩(wěn)定性強于無規(guī)共聚物而且還可以保持高的離子電導(dǎo)率。例如離子交換容量數(shù)值最高（2.21 mmol/g）的BPESQNOH-60膜溫度為20 oC時，離子電導(dǎo)率達到了4.32×10-2 S/cm，此時的吸水率為33％；在80 oC時，離子電導(dǎo)率達到了5.32×10-2 S/cm，此時的吸水率僅為40%。結(jié)果表明，嵌段聚合物在堿性燃料電池的應(yīng)用方面比無規(guī)聚合物更有潛力。通過分子設(shè)計方法合成的嵌段型的聚