新型磺化聚芳醚砜嵌段聚丁二烯质子交换膜的研究

《新型磺化聚芳醚砜嵌段聚丁二烯质子交换膜的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海空遗，‘掌博士掌位论文新型磺化聚芳醚砜嵌段聚丁二烯质子交换膜的研究摘要燃料电池是一种非常有前途的将化学能转化为电能的电化学装置。在众多类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池由于其具有高能量密度、快速启动、清洁、便携等特点被广泛应用在多种电化学装黄中，如电动汽车和便携电池等。因为质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键组件之一，所以众多科研工作者在开发聚合物电解质材料力‘面投入了大量的精力。虽然，目前在质子交换膜燃料电池方丽应j{jJ1泛的全氟磺酸质子交换膜(如Nation膜)，其化学稳定性优异、电导率高，但是高昂的价格和性能上的一些缺陷限制了它们的

2、应用范围。因此，整个领域又投入价格便宜、性能优异的新型Nation替代膜的研发工作。众所周知，象Nation@、DOW西这类全氟磺酸质子交换膜由j：结构中高度的相分离，使其在离子交换容悬较低的情况下仍然具有很好的电导率。因此，薄膜的微观结构被认为是决定质子交换膜电导肆夏的项重要因素。而近来的研究发现，嵌段共聚是一种实现这种相分离结构的很好途径，因为它不仅将亲本链段限制在一个特定的区域而[1，町以保持疏水区域的聚集状态。在本论文中，我们通过缩聚反应合成了基于聚芳醚砜嵌段聚j一：烯的新型嵌段聚合物，然后用乙酰磺酸脂对柔性的聚丁二烯链段进行选择性的磺化

3、，最后用溶液流延涂膜的方法制备质子交换膜。反腌的l上海_变冀A攀博士掌位论文中间体和最终磺化聚合物的结构用红外和核磁氢谱进行了表征。用筹示扫描量热法和热重分析测量了薄膜的玻璃化转变温度、熔融峰温度和热降解温度。薄膜的透射电子显微镜和x射线衍射分析发现0i『I二】_】磺化度的质子交换膜具有不同的微观结构。交流阻抗谱分析发现，这种新型的聚芳醚砜嵌段磺化聚丁二烯(PALES．b．SPB)质子交换膜即使在较低的磺化度(11．5％)情况下，25。C时的电导率仍达到-r0．0302S／cm。通过对磺化共聚物质子交换膜的结构和性能的关系研究发现，分子结构中高柔

4、性的磺化链段有利于塞离子区域的形成，从而有利于提高薄膜的质子电导率。为了消除以上合成的部分磺化的PAES．b。PB嵌段共聚物生链z{1仍然存在的不饱和双键、改善薄膜的稳定性，我们对薄膜进行厂本体的环氧改性。用红外光谱研究PAES．6．SPB质子交换膜环氧改性的动态过程和不同磺化度薄膜的环氧改性结果。同时我们还详细地研究J’环氧改性对薄膜的微观结构、表面形貌、热稳定性、吸水率和溶胀性能、机械强度以及质子电导率的影响。嵌段共聚物的相分离结构是通过聚合物链段的团聚而实现的，它使两个不相容的相相互共存，而其微观结构的形貌又受其组成和薄膜的制备过程影响。不

5、同的聚合物组成会引起薄膜微观结构的变化，并且最终影响薄膜的物理化学性能。因此，我们通过制备了一系列具有不同链段组成的PAES．b．SPB质子交换膜来研究链段组成对质子交换膜的微观结构、热性能、氧化稳定性以及质予电导率的影响。基于以上的一些结论，我们进一步合成了一系列同时磺化硬段与村上海冀追大掌博士掌位论文软段的PAES-b·PB嵌段共聚物(SPAES．b．SPB)，并用红外和核磁氧谱对它的分子结构进行了确认，用透射电子显微镜观察了这类新，弘质子交换膜微观结构的变化。另外，我们还研究了分子链中磺化硬段和磺化软段之间的相互作用对质予交换膜性能的影响。

6、关键词：嵌段共聚物，聚芳醚砜，聚丁二烯，磺化，质予交换膜，燃料电池111±量兰璺苎登曼主竺兰堡查STUDIESOFNOVELSULFONATEDPOLY(ARYLENEETHERSULFONE净POLYBUTADIENEFORPRoTONEXCHANGEMEMBRANESABSTRACTFuelcell，equipmentthatconvertschemicalenergyintoelectricenergy,hasbeendevelopedasapromisingalternativefortheconventionalenergysource

7、s．Amongseveralkindsoffuelcells，protonexchangemembranefuelcell(PEMFC)isparticularlyfavoredforuseinvariouselectrochemicaldevicesduetoitshighpowerdensity，quickstart—up，cleannessandportability．Sinceprotonexchangemembrane(PEM)isoneofthekeycomponentsofPEMFC，muchefforthasbeendedicat

8、edtoexploringnovelpolymerelectrolytematerials．Thoughtheperfluorosulf