新型磺化聚酰亞胺質子交換膜及新型聚苯并咪唑陰離子交換膜的制備和性能研究.pdf

1、以Nafion為代表的全氟離子交換膜，已經(jīng)廣泛的應用于燃料電池中。但是，這一類膜仍然面臨著很多問題，如高濕度依賴性、高甲醇透過率、以及高成本。因此，尋找全氟離子交換膜的替代者成為過去幾十年燃料電池科學的一大研究領域。事實上，離子交換膜的最基本性能要求主要有高電導率、低透過率、高自由基及化學穩(wěn)定性、力學性能優(yōu)異。目前，燃料電池用離子交換膜主要分為質子交換膜和陰離子交換膜兩大類，本論文將分別針對這兩種離子交換膜進行深入研究，合成了幾種結構新

2、穎的離子交換膜，并對其進行了性能表征，探討了其在燃料電池中的應用前景。
　　本論文第二章以ODADS、BAPBDS、BAPF、ODA四種不同的二胺單體與NTDA嵌段共聚，合成了四種不同結構的磺化聚酰亞胺質子交換膜。為了提高膜的力學穩(wěn)定性，在使用適當催化劑的情況下，利用磺酸基和苯環(huán)上活潑 H原子的化學反應對其進行交聯(lián)反應。重點研究了交聯(lián)反應活性與不同SPI結構的關系問題，實驗結果表明各種嵌段聚合物中磺酸基的活性應為：SPIB51>>

3、SPIB41>SPIB31=SPIO31。這表明，如果磺酸基的鄰位沒有取代基、遠離聚合物主鏈且與高電子云密度的苯環(huán)相連，則該磺酸基的活性越高。這些膜的IEC均高于2.0且離子基團的水合指數(shù)都在20左右。在75℃，對這些膜進行了單電池性能研究，其電導率都在10-2S/cm數(shù)量級，最大功率密度約為225Mw/cm2，其極化曲線與Nafion112類似。這類新型交聯(lián)聚酰亞胺質子交換膜，由于具有良好的化學穩(wěn)定性和熱力學穩(wěn)定性可以做為燃料電池電解

4、質使用。
　　本論文第三章以結構新穎的含氨基 PBI與環(huán)氧嗎啉季銨鹽反應，合成了一系列不同 IEC的季銨化聚苯并咪唑陰離子交換膜。這類基于PBI的新型陰離子交換膜具有十分優(yōu)良的耐堿性，在60℃，6mol/LNaOH溶液中浸泡7天后，無明顯力學強度喪失，這解決了目前大多數(shù)陰離子交換膜耐堿性不好的問題。利用雙酚A環(huán)氧樹脂對其進行了交聯(lián)，控制其尺寸變化率和溶脹度。在相對濕度50％的條件下，對IEC高達1.81的OHPBI2陰離子交聯(lián)膜進