聚苯并咪唑基復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的關(guān)鍵材料之一，起著阻隔陰陽(yáng)極物料，傳輸質(zhì)子等重要作用。目前質(zhì)子交換膜燃料電池中所普遍采用的全氟磺酸膜(如Nafion膜)存在甲醇滲透率高，在高溫下質(zhì)子傳導(dǎo)率差等缺點(diǎn)，限制了其商業(yè)化進(jìn)程。針對(duì)這兩個(gè)主要問(wèn)題，本文以聚苯并咪唑作為基體對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，分別制備了酸堿共混膜和微孔聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合膜。酸堿共混膜是通過(guò)聚合物中酸堿基團(tuán)之間的離子鍵在膜內(nèi)形成交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以提高膜

2、的阻醇性能和尺寸穩(wěn)定性，用于DMFC。微孔聚四氟乙烯復(fù)合膜是將聚苯并咪唑固定在聚四氟乙烯的微孔中，以保證膜在磷酸摻雜水平較高時(shí)能夠保持較高的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池。按照以上研究思路，本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1、合成了3,3',4,4'-四氨基二苯醚，其分子結(jié)構(gòu)得到了1H-NMR譜、傅里葉紅外光譜圖的證實(shí)。采用直接溶液縮聚法將3,3',4,4'-四氨基二苯醚、5-磺酸基間苯二甲酸鈉和間苯二甲酸在多聚

3、磷酸中聚合，制備了一系列不同磺化度的聚苯并咪唑。聚合物結(jié)構(gòu)得到FTIR光譜的確認(rèn)。研究表明，磺酸基的引入提高了聚合物的溶解性，所制備的聚苯并咪唑具有較好的熱穩(wěn)定性和耐氧化性，具有潛在應(yīng)用前景。
　　 2、以磺化聚苯并咪唑(SPBI)與高磺化度聚醚砜(ABPS)兩種聚合物為原料，采用溶液共混的方法，制備了系列酸堿復(fù)合質(zhì)子交換膜。研究了復(fù)合膜的甲醇溶脹性、吸水率、甲醇滲透系數(shù)、質(zhì)子傳導(dǎo)率隨SPBI含量的變化規(guī)律。研究表明，隨著SPB

4、I含量的增加，膜的阻醇性能和尺寸穩(wěn)定性明顯提高；同時(shí)，復(fù)合膜具有較好的質(zhì)子傳導(dǎo)率，有望應(yīng)用于直接甲醇燃料電池。
　　 3、以氨-雙氧水液相催化氧化法對(duì)微孔PTFE進(jìn)行親水改性，再用磺化聚苯并咪唑與改性的微孔PTFE復(fù)合，再用磷酸摻雜，制得磷酸摻雜SPBI/PTFE復(fù)合質(zhì)子交換膜。研究了PTFE親水改性化學(xué)反應(yīng)的影響因素、復(fù)合膜的制備工藝、復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)?？疾炝藦?fù)合膜的尺寸穩(wěn)定性、耐氧化性能、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和質(zhì)子傳導(dǎo)率等性能。研