磺化聚芳醚砜酮及其改性質子交換膜的研究.pdf

1、質子交換膜是燃料電池的核心部件，通過磺化、摻雜電解質等方法制備的非氟質子交換膜，在吸水性、耐甲醇滲透及環(huán)境友好等方面優(yōu)于壟斷市場的含氟質子交換膜，但磺化膜抗水溶脹性不高，摻雜電解質易流失等問題仍亟待解決。本文以專利聚芳醚砜酮(PPESK)為原料，通過非均相磺化法制備室溫下具有強吸水性的磺化聚芳醚砜酮質子交換膜，進而采用交聯和互穿聚合物網絡技術，提高膜的抗水溶脹性和電性能。 采用硫酸非均相磺化、有機沉淀劑重沉淀后處理方法，制備SP

2、PESK質子交換膜材料。實驗發(fā)現，PPESK非均相磺化反應在溶劑與硫酸的兩相界面上發(fā)生后很快轉移到硫酸相中繼續(xù)進行，據此提出硫酸相是此非均相磺化反應的主要場所，并對磺化產物溶于酸的非均相磺化反應具有借鑒作用。與硫酸均相磺化法相比，本文開發(fā)的非均相磺化法可以減少磺化劑用量、縮短反應時間、制備高磺化度的水溶性SPPESK。采用溶液澆鑄法制備的SPPESK質子交換膜，室溫下具有強吸水性和較好的尺寸穩(wěn)定性，尺寸變化率相近時，SPPESK 膜的含

3、水率約達Nafion膜的3倍，同時電導率與Nafion膜相當。 SPPESK 質子交換膜達到較高電導率所需的磺化度很高 (1.0 以上)，造成膜在水溫升高時的溶解，因此本文以芳香族及脂肪族二元胺為交聯劑制備胺交聯SPPESK質子交換膜。為了解決交聯造成膜電性能下降的共性問題，本文以高磺化度SPPESK為原料，通過協調交聯劑種類以及SPPESK起始磺化度與交聯程度的關系，制備的胺交聯膜在80℃水中具有高于未交聯膜的電導率，并且其電

4、性能及尺寸穩(wěn)定性與Nafion膜相當，表明本文提出的交聯方法，在保持較高電性能的同時提高了膜在水溶脹狀態(tài)下的使用溫度。交聯膜中的不可凍結結合水含量高于未交聯膜，表明交聯膜具有更好的保水能力。 為了提高較低磺化度SPPESK膜的電導率，本文從分子設計的角度出發(fā)，通過溶有SPPESK 的丙烯酸原位聚合交聯將羧基引入SPPESK質子交換膜，并運用互穿聚合物網絡技術制備 SPPESK/PAA 互穿網絡復合質子交換膜，為質子交換膜的制備提

5、供了一條新思路。羧基的引入提高了復合膜中親水基團及質子傳導基團的數量及分布均勻性，使復合膜的含水率比SPPESK膜高1.9倍，電導率達到Nafion膜的1.2倍?；ゴ┚W絡特有的鏈段纏結互鎖、組分間的協同作用和強迫相容性，可以增強復合膜在水溶脹狀態(tài)下的尺寸穩(wěn)定性，并使其保持SPPESK組分優(yōu)良的熱、機械性能及成膜性。 本研究拓寬了質子交換膜的材質及制備方法，探討了質子交換膜的制備條件與微觀結構及性能的關系，目的在于逐步提高質子交換