聚苯并咪唑基復合質子交換膜的制備與表征.pdf

1、質子交換膜(PEM)是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的關鍵材料之一，起著阻隔陰陽極物料，傳輸質子等重要作用。目前質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，在高溫下質子傳導率差等缺點，限制了其商業(yè)化進程。針對這兩個主要問題，本文以聚苯并咪唑作為基體對其進行化學改性，分別制備了酸堿共混膜和微孔聚四氟乙烯(PTFE)復合膜。酸堿共混膜是通過聚合物中酸堿基團之間的離子鍵在膜內形成交聯(lián)的網狀結構，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能夠保持較高的機械強度和尺寸穩(wěn)定性，用于高溫質子交換膜燃料電池。按照以上研究思路，本文主要研究內容如下：
　　 1、合成了3,3',4,4'-四氨基二苯醚，其分子結構得到了1H-NMR譜、傅里葉紅外光譜圖的證實。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。聚合物結構得到FTIR光譜的確認。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，制備了系列酸堿復合質子交換膜。研究了復合膜的甲醇溶脹性、吸水率、甲醇滲透系數(shù)、質子傳導率隨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，復合膜具有較好的質子傳導率，有望應用于直接甲醇燃料電池。
　　 3、以氨-雙氧水液相催化氧化法對微孔PTFE進行親水改性，再用磺化聚苯并咪唑與改性的微孔PTFE復合，再用磷酸摻雜，制得磷酸摻雜SPBI/PTFE復合質子交換膜。研究了PTFE親水改性化學反應的影響因素、復合膜的制備工藝、復合膜的結構?？疾炝藦秃夏さ某叽绶€(wěn)定性、耐氧化性能、熱穩(wěn)定性、機械強度和質子傳導率等性能。研