用于质子交换膜材料的侧链型磺化聚芳醚酮砜的光谱分析

采用直接缩聚的方法,通过调整氨基单体用量,合成出了系列带有不同氨基含量的聚芳醚酮砜(Am-PAEKS)聚合物,在聚合物侧链上进行后磺化接枝制备出了系列不同磺化度的侧链型磺化聚芳醚酮砜(S-SPAEKS),并且通过调整磺酸基团含量来控制聚合物的磺化度。通过红外光谱(FTIR)和氢核磁谱(1 HNMR),对所合成的单体及其聚合物的结构进行了表征,S-SPAEKS红外光谱在1 239和1 060cm-1处出现了磺酸基团中O=S=O的特征吸收峰,氢核磁谱中1.64ppm处出现了处于烷基链中间位置的两个氢(—CH2—CH2—)化学位移,证明得到了S-SPAEKS聚合物。经热失重分析发现,聚合物中磺酸基团的脱落温度都高于240℃,聚合物主链降解温度都高于450℃。研究表明,该系列聚合物具有良好的热性能,可以用作质子交换膜材料。

用于直接甲醇燃料电池的侧链型磺化聚芳醚酮/聚乙烯醇交联膜的制备与性能研究

以高磺化度的侧链型磺化聚芳醚酮(S-SPAEK)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混的方法在120℃下制备了PVA含量不同的S-SPAEK/PVA交联膜.红外光谱图表明S-SPAEK聚合物中的磺酸基团与PVA中的羟基反应生成酯键而形成共价交联.通过对交联膜的性能测试发现PVA的引入明显降低了膜的甲醇渗透系数,改善了膜的溶胀性,提高了膜的保水能力.S-SPAEK/PVA(85/15)交联膜水的脱附系数从S-SPAEK的3.1×10-8 cm2/s降低到2.9×10-9 cm2/s.在25℃和60℃时S-SPAEK/PVA(85/15)交联膜的甲醇渗透系数分别为2.6×10-7cm2/s和3.9×10-7cm2/s,明显低于相同温度下的纯S-SPAEK膜的8.1×10-7cm2/s与14.5×10-7cm2/s,而其质子传导率虽然有所下降,但是在25℃和80℃时分别达到了0.055 S/cm和0.083 S/cm,能够满足直接甲醇燃料电池(DMFCs)对质子交换膜的要求,有望在DMFCs中得到应用.

磺化聚芳醚酮砜/聚吡咯复合型直接甲醇燃料电池用质子交换膜的制备与性能研究

以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和吡咯(Py)为原料,通过原位聚合的方法制备了含有不同吡咯含量的SPAEKS/PPy复合膜.红外谱图表明SPAEKS聚合物中的磺酸基团与聚吡咯(PPy)中的亚氨基基团之间形成了强烈的相互作用.扫描电镜照片显示PPy能够均匀地分散在SPAEKS聚合物基体中,没有发生团聚现象.通过对复合膜的性能测试发现PPy的引入提高了复合膜的热稳定性,降低了复合膜的吸水率,改善了其水溶胀性.同时膜中水的脱附系数下降,提高了膜的保水能力.SPAEKS/PPy-3复合膜的甲醇渗透系数达到了1.18×10-7cm2/s,明显低于纯SPAEKS膜的8.52×10-7cm2/s,而其质子传导率虽有所降低,但在25℃和80℃仍然分别达到了0.039S/cm和0.061S/cm,能够满足质子交换膜对质子传导率的要求.研究结果表明,聚吡咯与SPAEKS中磺酸基的摩尔比为0.99的复合膜有望在直接甲醇燃料电池中得到应用.

质子交换膜燃料电池用含氨基磺化聚芳醚酮砜交联膜的制备与性能研究

利用亲核缩聚方法合成出带有氨基的磺化度可控的磺化聚芳醚酮砜共聚物(Am-SPAEKS),并在180℃下制备了C-Am-SPAEKS交联膜.红外和氢核磁图表明氨基已被引入到SPAEKS共聚物中,而且AmSPAEKS聚合物中的磺酸基团与氨基反应生成磺酰胺键而形成共价交联.通过对C-Am-SPAEKS膜性能测试发现,氨基与磺酸基团之间发生的共价交联反应使交联膜的致密性增加,从而使膜的甲醇渗透系数显著降低,膜的溶胀性、热稳定性和膜的保水能力都得到了提高.在120℃时C-Am-SPAEKS膜的质子传导率达到了0.0883 S/cm,而其甲醇渗透系数在25℃时为0.5×10-7cm2/s,明显低于SPAEKS膜的8.9×10-7cm2/s和Nafion膜的2×10-6cm2/s.实验结果表明,C-Am-SPAEKS膜能够满足质子交换膜燃料电池(PEMFC)的使用要求,有望在中高温和直接甲醇燃料电池中得以应用.