燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

采用浓硫酸作为磺化剂磺化聚醚醚酮,制备具有不同磺化度的磺化聚醚醚酮质子交换膜.实验结果表明,磺化聚醚醚酮质子交换膜具有理想的质子电导率和机械强度.当磺化度为86%(离子交换当量为2.48 meq/g)时,磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率为5.5×10-3 S/cm;磺化聚醚醚酮质子交换膜的拉伸强度为45.9 MPa.     

可交联磺化聚醚醚酮质子交换膜的合成及性能

以二烯丙基双酚A与叔丁基对苯二酚与不同磺化度单体四元共聚,采用芳环亲核缩聚的方法制备了新型含可交联侧基的磺化聚芳醚酮聚合物,并考察了聚合物及其膜的热性能、甲醇渗透性和离子交换容量等性能.结果表明,该聚合物可溶,成膜性好,热性能、质子传导性均达到使用要求.     

磺化聚醚砜共混质子交换膜的性能研究

将高离子交换容量(IEC)的磺化聚醚砜(IEC=1.83 meq/g)与低IEC的磺化聚醚砜(IEC=1.17 meq/g和IEC=0.92 meq/g)以不同比例共混成膜.用原子力显微镜(AFM)和差示扫描量热仪(DSC)分析表征了共混膜基质之间的相容性.对膜的吸水率、电导率、甲醇渗透率、力学性能和抗氧化性能进行了测试.结果表明,不同IEC的磺化聚醚砜具有良好的相容性,低IEC磺化聚醚砜的加入有效地改善了共混膜的溶胀性和甲醇渗透性能,并维持了较高的电导率,同时膜的力学性能和抗氧化性能也得到了提高.当IEC为1.83 meq/g和IEC为1.17 meq/g的磺化聚醚砜以质量分数55和46共混时,共混膜各方面的性能达到了较好的平衡.     

磺化聚醚酰亚胺的热性能研究

以氯磺酸为磺化剂制备了一系列不同磺化度的磺化聚醚酰亚胺(SPEI),并着重对其热降解和玻璃化转变行为进行了研究.采用TGA-FTIR对SPEI的热失重及失重产物分析表明SPEI有3个阶段的失重,分别归属于吸收的水分、磺酸基团及主链的降解,磺化之后热稳定性有所下降,磺酸基团在230～370℃区间发生降解,但主链的降解温度基本保持不变;SPEI的玻璃化转变温度(Tg)明显升高,当磺化度为62.6%时,体系出现了2个独立的Tg.     

取向对磺化聚醚砜微相结构及性能影响研究

以氯磺酸为磺化剂,浓硫酸为溶剂,合成磺化聚醚砜膜(SPES),通过对磺化聚醚砜膜取向,改变膜亲水区和疏水区微相结构的空间形状和排布方式.应用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了SPES表面结构和微相结构的变化,采用衰减全反射原位红外光谱研究了SPES膜吸附水分子的动态过程和氢键变化,探讨SPES膜中水分子层结构的变化规律,采用交流阻抗法研究了取向对SPES电学性能的影响.结果表明,经取向后SPES膜聚合物分子链和亲水区空间形状和排布方式发生了一定程度的变化,膜内多层水分子结构更容易形成并相互连接,有利于亲水区离子传递通道的形成和延长,改善质子传导过程,提高电导率.     

用于质子交换膜的三个苯环磺化聚芳醚的合成

合成一种含三个苯环的新型磺化聚芳醚.采用特殊单体结构的设计,在聚合物主链上引入甲基取代基对主链进行保护.用氯磺酸直接磺化方法在聚芳醚高分子侧基上引入磺酸功能基,实现了聚合物磺化结构的可控定位合成,得到了磺酸基在侧链上的磺化聚芳醚.通过核磁共振(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析(EA)等方法,对其结构进行表征.     

纤维复合磺化SBS质子交换膜的制备和性能

介绍了磺化聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(S-SBS)低温质子交换膜的制备和表征，并以S-SBS为基体，与经过偶联剂处理的玻璃纤维毡复合，制备出复合S-SBS膜。并研究了复合S-SBS膜与S-SBS膜的拉伸强度、质子传导性、吸水率、溶胀率、离子交换当量(IEC)等性能的变化。结果表明，纤维复合可在对膜的传导性能影响很小的情况下，大大提高膜的拉伸强度，并且膜的溶胀率明显减小，尺寸稳定性得到明显提高。     

磺化SEBS质子交换膜的性能与微结构

制备了不同磺化度的磺化聚(苯乙烯／乙烯-丁二烯／苯乙烯)三嵌段共聚物膜(s-SEBS)，对其膜的性能和结构进行了研究。结果表明，FT-IR分析判断磺酸基团接入PS段的苯环对位上；电导率、含水量、溶涨率和水合系数都以磺化度为15％左右为临界点，在此有增长的突变，随后前三者随磺化度的增高而继续增大的趋势减缓，而水合系数在磺化度为20％左右达到最高，再逐渐减小；AFM研究表明磺化后PS相以大小为20～30nm的柱状存在。     

直接甲醇燃料电池用磷钨酸/二氧化硅/磺化聚醚醚酮复合膜

以二氧化硅和磷钨酸改性磺化聚芳醚酮,制得一种新型磺化聚醚醚酮复合膜.采用隔膜扩散方法测定复合膜的甲醇透过系数,结果表明,磷钨酸/二氧化硅/磺化聚醚醚酮复合膜的阻醇性能优于Nafion115;利用交流阻抗法测定了复合表面膜垂直方向的电导率,结果表明,复合膜的质子导电性略低于Nafion115,但复合膜的质子导电性能随着温度的提高有所增加;根据Arrhenius方程,计算出了复合膜的甲醇和质子迁移活化能.由于复合膜具有良好质子传导性能和阻醇性能,可作为直接甲醇燃料电池的质子交换膜.     

高离子选择性PI基两性离子交换膜的制备与应用

两性离子交换膜可以结合质子交换膜和阴离子交换膜的优点,解决质子传输能力与钒离子渗透能力之间的权衡关系。针对许多报道中阴阳离子位于同一侧链而限制了调控其比例的问题,本文以5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪,4,4′-二氨基-2,2′-二磺酸基-联苯和4,4′-二氨基二苯砜为二胺单体,以1,4,5,8-萘四甲酸酐为二酐单体,制备了含有苯并咪唑结构主链的磺化聚酰亚胺膜材料,利用苯并咪唑的易修饰性,制备了具有长功能基团侧链的两性聚酰亚胺膜材料,可灵活调控阴阳离子的比例。通过调控长侧链阳离子基团的含量制备了QBISPI-x(x=0,33,67,100)系列膜。QBISPI-0具有最高的质子传导率（27.462 2 mS·cm-1）和离子选择性（6.598×105 S·min·cm-3）,在VRFB的测试中表现出最佳性能,在高电流密度（200 mA·cm-2）下能量密度可达到73.6%。