燃料电池用质子换膜磺化SEBS的制备与改性.pdf

武汉理工大学硕士论文 燃利电池用质了交换膜磺化SEBS的制各与改性 摘要 质子交换膜(PEM)是燃料电池(PEMFC)的核心部件，其成本和性能一直 是人们关注的问题。本文的工作就是围绕这两个关键问题展开的：。 为降低膜的成本，选用价格低廉的的三嵌段聚合物SEBS(聚苯乙烯一乙烯／ 丁二烯一苯乙烯)作为基本原料，采用“预混法对其进行了磺化，制备出了磺化 SEBS质子交换膜。经FT-IR分析确定SBES被磺化时，磺酸基团成功的接入到 PS段的苯环对位上。研究还发现：磺化度对膜的性能有很大的影响，磺化度达 到15％左右为一个临界点，此时膜的微观结构发生改变，开始形成一个有利于 质子传导的连续通道，使电导率、含水量和溶涨率都在之后发生增长突变；磺 化度达到30％左右时，由于空间位阻效应，三者的增长趋势减缓。经热失重分 析，磺化后SEBS膜的热稳定性降低，而且磺化程度越高，热稳定性能越低，但 其热分解在150℃左右，仍能满足燃料电池运行环境的需要；磺化SEBS在高温 化学稳定性差，低温化学稳定性(40。C左右)较好，在低温燃料电池中有一定 S／cm，单电池功率达到了0．147 应用前景。磺化SEBS膜的电导率达到0．048 w／cm2，可以满足小功率燃料电池的需要。但该膜溶涨严重(饱和吸水量为140 ％时，膜的溶涨达80％)；强度较低(特别是湿膜，不足10Mpa)。 为降低磺化SEBS膜的溶涨，增加其强度，本文提出了用工艺简单的交联方 法来对膜进行改性，并尽量保证对膜的其他性能(特别是导电性能)不会造成 很大影响。研究发现：交联能降低膜的溶涨，提高膜的强度，由过量乙酸酐引起 的交联现象说明了这点。分析认为经FT-IR过量乙酸酐促使了磺酸根之间的脱水 交联而使膜的溶涨减小，强度增加。鉴于此，本文还选用了1，1，_羰基二咪唑(CDI) 和双4一胺基苯砜(BAS)作为交联剂，利用磺酸跟之间的交叉耦合形成磺胺键 来对膜对膜进行化学交联改性：通过FT-IR分析认为交联是成功的。由于交联过 程中存在的副反应和空间位阳效应的影响，实际的交联度要略低于理论的交联度。 为保证膜足够的电导率，交联度应控制在轻度交联(10％)的范围，其中在5 ％膜的性能达到最佳；交联后，在能保证在对膜的电导率影响不大的情况下使 了膜的机械强度提高了一倍，并使膜的溶涨度降低60％左右，含水率降低40％ 左右，而且交联后膜的热稳定性能和化学稳定性能有一定提高，阻醇性能也有 147 较大的改善。虽然交联后膜的电池性能有少许降低(最大功率密度由了O W／era2降到0．128W／cm2)，但对于燃料电池的长期稳定运行来说，交联提高了 膜的综合性能。 武汉理[大学硕上论文 燃料电池用质了交换膜磺化SEBS的制备与改性 交联改性方法的成功运用，不仅丰富了质子交换膜制备技术，而且对改善 燃料电池性能、降低电池成本、促进燃料电池商业化应用具有积极的意义。 关键词：燃料电池；质子交换膜；磺化SEBS；交联；性能 武汉理工大学硕上论文 燃料电池用质子交换膜磺化SEBS的制备与改性 Abstract Proton the core of which exchangemembrane(PEM)is PEMFC，of component the costand areboththemost researchworks properties importantproblems．Our were aroundthetwo outspread sixty—f