新型直接交联磺化聚芳醚砜燃料电池用质子交换膜的合成及性能.pdfVIP

V01．30 高等学校化学学报 No．1l 2009年11月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSrIIES 2306—2310 新型直接交联磺化聚芳醚砜燃料电池用 质子交换膜的合成及性能 毕慧平，陈守文，王佳力，张轩，高智琳，张 莎，陶应勇，王连军 (南京理工大学化工学院，南京210094) 摘要以4，4-二氟二苯砜、4，4-联苯二酚、3，3-二磺化-4，4-二氟二苯砜二钠盐和三羟基苯为原料，经高温 NMR和mR对聚合 溶液缩聚反应，制备了一系列不同磺化度的新型交联磺化聚芳醚砜(CSPAES)．利用。H 物结构进行表征．采用溶液浇铸法制备了聚合物膜．对膜的离子交换容量、吸水率、尺寸变化、机械性能和 质子导电率进行了分析．结果表明，通过交联处理的磺化聚芳醚砜的水溶胀性明显降低，当IEC为2．43时， CSPAES膜M(6／4-5)在水中的质子导电率达到260．5mS／cm，约为相同条件下Nafionll2的2倍． 关键词交联；磺化聚芳醚砜；质子交换膜；水溶涨性；燃料电池 中图分类号0631 文献标识码A 文章编号0251-0790(2009)ll-2306-05 质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁、高效、安静和便携的能源形式，在汽车、电子器件 (如手机和笔记本电脑等)及军事等领域具有广泛的应用前景¨q1．质子交换膜是PEMFC的关键部件 之一，目前应用的是以Nation膜为代表的全氟类磺化聚合物．这类膜材料具有较高的质子导电率及优 异的化学稳定性，但高昂的价格、较低的工作温度、较高的甲醇透过率以及含氟材料带来的环境问题 等限制了其商业应用H．5】．近年来，大量非氟全芳型高分子材料被开发出来，磺化聚芳醚砜(SPAES)便 是其中很有希望的材料．McGrath等№1的研究表明，SPAES膜具有导电率高、热稳定性和化学稳定性 较好等优点．SPAES的合成工艺成熟，原料便宜易得，是一种很有希望的新型质子交换膜p“¨．但 SPAES膜在水中尤其是高温水中的溶胀性能和水解稳定性都存在较大的问题．因此，必须从结构上对 SPAES膜进行完善，才能使其更好地应用于高温燃料电池．目前基于SPAES质子交换膜的研究十分活 跃，采用共混改性‘12．13]、嵌段共聚¨4“71、交联处理‘183和加入无机纳米材料¨引等方式提高其性能．对 于提高导电率，或改善稳定性都具有较好的效果．但要兼顾高导电率和高稳定性两个方面，以及在更 加苛刻的工作环境(如120℃)下保持优良的性能，仍然需要开展进一步的研究．本文合成了一种水溶 sulfonated ethersul— 胀性较低和质子导电率较高的新型交联磺化聚芳醚砜[Crosslinkedpoly(arylene fone)，CSPAES]质子交换膜，并研究了膜的水溶胀性、机械性能和质子导电率． 1实验部分 1．1试剂与仪器 4，47．二氟二苯砜(DFDPS)，浙江寿尔福化学有限公司；4，4’一联苯二酚(BP)，河南延化化工有限 公司；1，3，5．三羟基苯(THB)，杭州浙大泛科化工有限公司；50％发烟硫酸，上海振兴化工二厂有限公 7一二 司；甲苯，南京化学试剂有限公司；二甲亚砜(DMSO)，国药集团化学试剂有限公司；磺化单体3，3 磺化4，4 酮及甲苯重结晶后使用，DFDPS采用升华方法纯化，DMSO采用氢化钙脱水处理并蒸馏后使用． JEOL Vector22 EX270(270MHz)核磁共振仪，溶剂为DMSO—d6，样品质量分数约为10％；Bruker 收稿El期：2009-03-06． 基金项目：江苏省自然科学基金(批准号：BK2007211)、教育部留学回国人员和南京理工大学留学回国人员科研启动基金资助 联系