基于聚苯并咪唑的新型燃料電池質(zhì)子交換膜的制備和性能表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)商業(yè)化面臨的一大障礙是缺少廉價可靠的高溫質(zhì)子交換膜，磷酸摻雜的聚苯并咪唑(PBI)膜以其獨特的優(yōu)勢被視為其中最具潛力的材料之一。然而，這類膜還存在著加工性能較差、磷酸流失和易被自由基進(jìn)攻氧化等問題亟待解決。
　　針對這些問題，本文從PBI合成中最基礎(chǔ)的單體出發(fā)，通過改變單體的結(jié)構(gòu)、投料比及聚合方式，得到了一系列新型聚合物膜，并進(jìn)行了相關(guān)性質(zhì)表征。在此基礎(chǔ)上，研究了聚合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系，改善了膜的

2、性能，同時也發(fā)展出了一種靈活可控的新型嵌段共聚方法。具體取得的結(jié)果如下:
　　(1)將不同比例的4-(3，4-二氨基苯氧基)苯甲酸(DPBA)與3，4-二氨基苯甲酸在微波條件下共聚，通過在主鏈上引入苯氧基，調(diào)整主鏈空間結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，所制備的共聚PBI解決了常規(guī)ABPBI加工性差和摻酸后機(jī)械強(qiáng)度過低的問題。其中PO-AB-50(DPBA單體比例50％)聚合物膜在摻雜80％磷酸后拉伸強(qiáng)度達(dá)到1.9MPa，160℃下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到53.

3、47mS/cm。
　　(2)為更進(jìn)一步改善PBI主鏈的空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計合成具有非平面結(jié)構(gòu)的4，4'-(2，3-亞喹喔啉基)二苯甲酸二甲酯(DMQB)單體共聚到PBI主鏈中。所制備bpPBI-30膜（DMQB單體比例30％）在摻雜80％磷酸后拉伸強(qiáng)度達(dá)到5.6MPa，160℃下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到51.89mS/cm，在水中浸泡160min后仍保持接近70％的磷酸，比不含非平面結(jié)構(gòu)的膜提高近一倍，提高了共聚物膜的磷酸摻雜水平和保持能力。

4、r>　　(3)為進(jìn)一步改善PBI膜的抗氧化性能，設(shè)計并合成了主鏈含硫醚結(jié)構(gòu)、端基為氨基的PBI低聚物鏈段，并與含有喹喔啉單元的DMQB單體嵌段共聚，制備了綜合性能顯著改善的嵌段PBI。其中sPBI-50膜在160℃條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到61.18mS/cm，較bpPBI-30膜提高近20％;高濃度Fenton抗氧化測試發(fā)現(xiàn)在30h內(nèi)僅失重約為10％，并保持良好的拉伸性能。通過對比Fenton測試前后的紅外譜圖，初步判斷硫醚結(jié)構(gòu)在過氧自由基