磺化聚芳醚质子交换膜材料的设计及性能研究

【摘要】： 近几十年,人们一直致力于磺化聚芳醚质子交换膜的研究工作,研究发现当磺化度较低时,虽然膜的力学性能和阻醇性能较好,但是质子传导率不能满足燃料电池使用要求;当磺化度增加时,膜的质子传导率相应的会有很大提高,但是这时膜的机械性能及阻醇性能迅速下降。本论文主要围绕怎样解决这一矛盾进行开展的。对于低磺化度的情况,我们通过从分子结构设计的角度出发,制备出了一系列嵌段型的磺化聚芳醚材料,经研究发现,通过改变分子内部的序列分布可以改善膜的微观结构,从而在质子交换容量(IEC)相对较低的情况下也有比较好的质子传导率;对于高磺化度的情况我们采用了三种手段对其进行改性研究。首先,我们利用酸碱相互作用用高性能的氨基聚醚萘酮作为复合材料中的支撑骨架对常见的部分含氟的磺化聚芳醚酮进行改性,使材料的力学性能及抗溶胀和抗氧化性都得到了很大提高;其次,利用含氨基的磺化聚芳醚酮与自制的含联苯结构的环氧树脂进行原位交联,热处理后形成三维网络结构实现降低膜的溶胀及甲醇渗透的目标;最后,研究了极性基团氰基在磺化聚芳醚质子交换膜中的作用,发现含氰基的磺化聚芳醚在降低膜的溶胀率、阻醇性、抗氧化稳定等方面都有很好效果。