主链组成对低磺化度磺化芳香族聚合物质子交换膜性能的影响

通过改变共聚单体种类,探究主链元素种类对聚合物质子交换膜性能的影响。以3,3'-二磺酸基钠盐-4,4'-二氟二苯砜为磺化单体,4,4'-二氟二苯砜为非磺化单体,4,4'-二羟基二苯醚或4,4'-二巯基二苯硫醚为共聚单体,通过亲核缩聚反应成功可控制备出磺化度分别为30%和50%的磺化聚芳醚砜(SPES)与磺化聚芳硫醚砜(SPTES)。采用流延法制备了两种聚合物的透明坚韧的质子交换膜。研究发现两种聚合物膜均显示出了良好的力学性能以及较为适中的吸水率与溶胀度。两种聚合物质子交换膜的起始分解温度达到250℃,具有良好的热稳定性。随磺化度的升高,两种聚合物膜的吸水率、溶胀率以及质子传导率均升高。由于主链硫较氧原子与苯环的共轭作用更强以及供电子硫原子与吸电子基团的相互作用,SPTES膜较SPES膜表现出更高的玻璃化转变温度(Tg)、更低的溶胀率以及更高质子传导率。其中SPES-50与SPTES-50在80℃、100%RH条件下,质子传导率分别为0.136S/cm与0.142S/cm,表明其作为质子交换膜具有潜在的应用前景。

燃料电池无机-有机复合质子交换膜的研究进展

燃料电池(Fuel Cell)是21世纪最有前途和发展潜力的清洁能源技术之一,质子交换膜(PEM)作为燃料电池的核心部件,对燃料电池的性能起到重要作用。鉴于全氟磺酸质子交换膜在高温低湿工作环境下所存在的缺点,制备低成本、高性能的无机-有机复合质子交换膜是一种有效的解决办法。以制备无机-有机复合质子交换膜的主要无机填料为分类依据,介绍了近年来国内外无机-有机复合质子交换膜的研究现状,综述了各类无机填料与复合质子交换膜的性能之间的关系,展望了无机-有机复合质子交换膜的未来研究方向。

SPTES-b-PI质子交换膜的制备及表征

质子交换膜作为质子交换膜燃料电池的核心部件具有提供离子通道传递质子和隔绝两极气体的双重作用,其性能的好坏直接影响着电池性能的优劣。主链引入亲水和疏水段的嵌段芳香族共聚物,由于各嵌段之间具有热力学不相容性会产生微相分离结构,进而形成高效的质子传导通道。本文以磺化双(4-氟苯基)砜(SDFDPS)和4,4′-硫代双苯硫酚(TBBT)为单体,以间羟基苯胺为封端剂合成了带有氨端基的磺化聚芳硫醚砜(SPTES-NH2)。嵌段聚合物SPTES-b-PI通过亲水段SPTES-NH2与以1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NDA)和4,4′-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜(m-BAPS)为单体缩聚而成的疏水段聚酰亚胺(PI)的酰亚胺化偶联反应来合成,制备出了PI分子量不同的SPTES-b-PIx(x=5~20kg/mol)。SPTES-b-PIx膜显示出优异的热力学稳定性,SPTES-b-PIx膜的脱磺化反应开始于290℃高于260℃的SPTES膜,与SPTES-70相比吸水率降低。随着聚酰亚胺分子量的增大,热稳定性增加,质子传导率增加。SPTES-b-PIx的质子传导率25℃下达到0.045~0.124S/cm。