高溫燃料電池用四氮唑質(zhì)子導(dǎo)電聚合物的制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因啟動速度快、無污染等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注，它的核心組件質(zhì)子交換膜(PEM)，尤其低溫PEM如全氟磺酸膜已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展并已經(jīng)商業(yè)化。低溫PEM對水的高依賴性和在低溫工作燃料氣中CO使催化劑中毒而極大的降低燃料電池的工作效率，因此高溫PEMFC已成為發(fā)展的趨勢。含N雜環(huán)類聚合物的高熱穩(wěn)定性以及它在質(zhì)子傳輸過程中所具有載體和傳輸體的雙重作用，使該類聚合物成為高溫PEM的研究重點，而四氮唑聚合物有四個N原

2、子并存在互變異構(gòu)體使其在傳輸質(zhì)子時具有更大的優(yōu)勢。但是由于四唑環(huán)的解離度低，單純雜環(huán)聚合物具有很低的電導(dǎo)率，為了克服這一缺點需要引入具有高電離度的酸性基團(tuán)(磺酸基)，本論文通過摻雜和磺酸化進(jìn)行了改性，提高其在高溫條件下的導(dǎo)電性，具體內(nèi)容如下：
　?。?）以丙烯腈為原料通過乳液聚合制備了高分子量的聚丙烯腈(PAN)，利用Click[3+2]成環(huán)原理制備了四唑轉(zhuǎn)化率高達(dá)85％的聚5-乙烯基四氮唑(PVTra)；并利用四氮唑的H活性較高

3、易被取代的特點，制備出了不同磺化度的聚2-(3-磺酸丙基)-5-乙烯基四氮唑(SPVTra)，通過紅外、核磁分別對PAN、PVTra、SPVTra進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。
　　（2）以苯乙烯為原料制備了磺化度為72%的磺化聚苯乙烯(SPS)，并與PVTra摻雜通過溶液澆鑄的方法制備了PVTra(SPS)0.5、PVTra(SPS)、PVTra(SPS)2三種不同比例的共混薄膜，針對高溫PEMFC應(yīng)用對其性能進(jìn)行了初步評價。研究了共混后薄膜

4、的離子交換容量(IEC)、熱穩(wěn)定性、吸水性、導(dǎo)電性和機(jī)械性能。在無外界供濕的條件下，PVTra(SPS)2在100oC和120oC時電導(dǎo)率分別達(dá)到了1.23×10-2S/cm和4.40×10-2S/cm，與Nafion低溫高含水時電導(dǎo)率相當(dāng)。
　　（3）通過溶液澆鑄方法制備了SPVTra-20、SPVTra-40和SPVTra-55三種不同磺化度的質(zhì)子交換膜，針對高溫PEMFC應(yīng)用也初步評價了質(zhì)子交換膜性能。結(jié)果表明：磺酸丙基的引