新型聚苯并咪唑高溫質子交換膜的制備及表征.pdf

1、近年來，提高燃料電池的操作溫度是為了增加氫燃料電池系統(tǒng)的電化學活性，因此，開發(fā)新型的耐高溫質子交換膜材料，使其可在100℃以上正常工作就成為了研究的重點。目前，磷酸摻雜型聚苯并咪唑(PBI)膜是最成功的高溫質子交換膜，但作為核心材料的PBI，自身分子鏈剛性大，可加工性差、聚合周期長而難以達到大規(guī)模商業(yè)化生產的要求，限制了其進一步開發(fā)利用。
　　 本論文結合了微波加熱快速、均勻、副反應少等優(yōu)勢，開發(fā)采用微波加熱來完成聚合反應，縮短

2、聚合反應周期，并從分子結構設計出發(fā)，制備了一系列含有柔性基團(-O-)及親水性基團(-SO3H)的可加工性能良好的新型PBI膜材料，旨在制備出可高溫操作、并具有較高質子傳導率的新型高溫質子交換膜，提高質子交換膜燃料電池的操作溫度。具體研究內容如下:
　　 1.研究微波—溶液縮聚法，用微波加熱方式替代傳統(tǒng)加熱方式，合成了性能優(yōu)異的含醚結構(-O-)的二苯醚基聚苯并咪唑(OPBI)，并在此基礎上優(yōu)化微波—溶液縮聚法的聚合參數，得到最

3、佳微波聚合條件:PPA/P2O5均質溶液中PPA與P2O5的最佳質量比例為5∶1;最佳微波反應時間的確定（170℃-25min，200℃-110min）;OPBI最佳溶解度的分子量范圍的確定(43000～60000g·mol-1);
　　 2.以微波聚合的OPBI為膜基底，考察了制膜方法和成膜溶劑對OPBI成膜性能的影響，以及摻酸種類對OPBI復合膜質子傳導率的影響，確定了最佳成膜方式:溶液澆鑄法;最佳成膜溶劑:DMSO;選用H

4、2SO4進行摻雜所制備的OPBI&DMSO-H2SO4復合膜在高溫(160℃)下，H2SO4摻雜水平為18.73mol·PRU-1時，質子傳導率可達190mS·cm-1，遠遠高于相同溫度下商業(yè)PBI膜的質子傳導率;
　　 3.利用優(yōu)化后的微波聚合法制備了兩個系列的磺化聚苯并咪唑(sPBI-XX和sPBI-O-XX)，并將sPBI-XX和sPBI-O-XX分別制備成酸摻雜型復合膜。通過FT-IR和1H NMR證實了sPBI-XX和