新型聚苯并咪唑高溫質(zhì)子交換膜的制備及表征.pdf

1、近年來(lái)，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(xué)活性，因此，開發(fā)新型的耐高溫質(zhì)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(diǎn)。目前，磷酸摻雜型聚苯并咪唑(PBI)膜是最成功的高溫質(zhì)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(zhǎng)而難以達(dá)到大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的要求，限制了其進(jìn)一步開發(fā)利用。
　　 本論文結(jié)合了微波加熱快速、均勻、副反應(yīng)少等優(yōu)勢(shì)，開發(fā)采用微波加熱來(lái)完成聚合反應(yīng)，縮短

2、聚合反應(yīng)周期，并從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，制備了一系列含有柔性基團(tuán)(-O-)及親水性基團(tuán)(-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(zhì)子傳導(dǎo)率的新型高溫質(zhì)子交換膜，提高質(zhì)子交換膜燃料電池的操作溫度。具體研究?jī)?nèi)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(jié)構(gòu)(-O-)的二苯醚基聚苯并咪唑(OPBI)，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化微波—溶液縮聚法的聚合參數(shù)，得到最

3、佳微波聚合條件:PPA/P2O5均質(zhì)溶液中PPA與P2O5的最佳質(zhì)量比例為5∶1;最佳微波反應(yīng)時(shí)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(duì)OPBI成膜性能的影響，以及摻酸種類對(duì)OPBI復(fù)合膜質(zhì)子傳導(dǎo)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(jìn)行摻雜所制備的OPBI&DMSO-H2SO4復(fù)合膜在高溫(160℃)下，H2SO4摻雜水平為18.73mol·PRU-1時(shí)，質(zhì)子傳導(dǎo)率可達(dá)190mS·cm-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同溫度下商業(yè)PBI膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率;
　　 3.利用優(yōu)化后的微波聚合法制備了兩個(gè)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(fù)合膜。通過FT-IR和1H NMR證實(shí)了sPBI-XX和