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基于含萘基团侧链型磺化聚芳醚酮类用于质子交换膜燃料电池的膜材料的制备与性能研究

张丽媛  
【摘要】:质子交换膜是燃料电池的最核心部件,在燃料电池的工过程中起着传导质子,阻绝燃料的作用。针对目前质子膜材料存在高磺化度下膜尺寸稳定性差与化学稳定性低等问题,本论文以合成制备高综合性能的质子交换膜为目的,采用多种方法提高膜的综合性能,并对膜的其他性能进行了测试,努力突破膜稳定性差等技术障碍,为实现工业化应用提供实验基础。 成功制备了一种新型含有三甲氧基的聚芳醚酮,利用三溴化硼作为去甲氧基试剂,成功的制备了每个结构单元中含有三个羟基的新型的聚芳醚酮。首先,成功的制备了一系列磺化度可控的侧链型磺化聚芳醚酮SQNPAEK-x。对该系列膜进行性能测试,低磺化度下的磺化聚芳醚酮具有良好的综合性能,但是在高磺化下,其高的吸水率以及较差的阻醇性能限制了其在燃料电池领域的应用。为了降低膜的吸水率,提高膜的阻醇性能,同时保持质子传导率处于较高水平,我们通过采用交联的方法:(1)首先,成功合成了四甲基联苯二酚型环氧树脂TMBP小分子交联剂,利用磺化聚芳醚酮上剩余的羟基与环氧基团的反应,成功的制备了一系列交联膜SQNPAEK/TMBP-xx。该系列的交联膜表现出了良好的阻醇性能,较高的尺寸稳定性与适宜的质子传导率。(2)然后,成功合成制备了含烯丙基的新型可自交联的磺化聚芳醚酮SQNPAEK-AC-x,制备了一系列自交联的磺化聚醚醚酮SC-SQNPAEK-x。该方法不需要引入交联剂与催化剂,工艺简单方便。(3)最后,成功合成制备了含有羧基的磺化聚芳醚酮SPAEK-COOH-x作为大分子交联剂,制备了一系列的交联膜SQNPAEK/COOH-x,利用交联剂上的磺酸基团作为催化剂,使得羧基与苯环发生交联反应。此法得到的交联膜,交联程度大,质子传导率高。该方法适用于多类聚合物膜的改性。


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