磺化聚芳醚砜質(zhì)子交換膜的制備與改性研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中的核心組成部分，直接決定著燃料電池的性能。目前質(zhì)子交換膜材料中主要采用的是Nafion等全氟磺酸膜，但其成本較高，溫度高時電導(dǎo)率明顯下降及對環(huán)境產(chǎn)生污染等缺點限制了廣泛應(yīng)用?；腔鄯济秧坑袃?yōu)良的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的電性能，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，是最有希望成為替代Nafion等全氟磺酸膜作為質(zhì)子交換膜的材料之一。另外，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合質(zhì)子交換膜由于兼具有機(jī)膜和無機(jī)膜的優(yōu)點，已經(jīng)成為質(zhì)子交換膜研究的新方向

2、。
　　本文通過50％的發(fā)煙硫酸對二氯二苯砜（DCDPS）進(jìn)行磺化得到磺化二氯二苯砜（SDCDPS）單體，并通過紅外和氫核磁驗證了其結(jié)構(gòu)。采用直接縮聚的方法，調(diào)整SDCDPS和DCDPS的比例，與4,4′-聯(lián)苯酚（BP）共聚，得到了具有不同磺化度的磺化聚芳醚砜聚合物。通過紅外光譜證實了磺酸基團(tuán)被成功的引入到聚合物當(dāng)中，而且沒有發(fā)生降解、交聯(lián)等副反應(yīng)。比濃粘度證明該聚合物均具有較高的分子量，而且能夠鋪成韌性很好的膜。所得聚合物在常溫

3、下可溶于DMF，DMAC，NMP等強(qiáng)極性溶劑中，不溶于乙醇、丙酮等溶劑。另外，隨著聚合物磺化度的升高，其在水中的溶解性增大。通過TGA和DSC測試表明：所得聚合物具有較高的熱分解溫度（T10%>450℃）和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg>200℃），完全能滿足質(zhì)子交換膜的熱穩(wěn)定性要求。
　　用溶液澆鑄法制備聚合物均質(zhì)膜。并對膜進(jìn)行了吸水率、離子交換容量、質(zhì)子傳導(dǎo)率的測試，結(jié)果表明，隨著磺化度的增加，磺化聚芳醚砜膜的吸水率、離子交換容量和質(zhì)子

4、傳導(dǎo)率增加。
　　為了克服低磺化度的磺化聚芳醚砜（SPAES）膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率低的缺點，在SPAES中引入具有良好質(zhì)子傳導(dǎo)性能和熱穩(wěn)定性的雜多酸。選擇磺化度為0.4的磺化聚芳醚砜SPAES-1與不同含量的磷鎢酸（PWA）復(fù)合。利用紅外光譜、DSC、TGA等手段對聚合物復(fù)合膜進(jìn)行了表征和性能評價。紅外光譜證明復(fù)合膜中磷鎢酸Keggin陰離子結(jié)構(gòu)未被破壞，同時其端氧與橋氧通過水合質(zhì)子與磺酸基團(tuán)形成氫鍵作用。TGA和DSC測試結(jié)果表明：S

5、PAES-1/PWA復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性好于純的SPAES聚合物，復(fù)合膜的5%失重溫度隨著磷鎢酸粒子含量的增多而升高。同時SPAES-1/PWA30復(fù)合膜的5%和10%失重溫度分別達(dá)到了310℃和492℃，表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性。SPAES-1/PWA復(fù)合膜的吸水率隨PWA摻入量的增多而下降。
　　10%、20%和30%磷鎢酸（PWA）質(zhì)量含量的復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率較純聚合物膜的有大幅度的提高，隨PWA粒子摻入量的增多和溫度的升高而增加