【摘 要】
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质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件之一。目前,广泛使用的商业膜是Nafion膜,但由于Nafion膜成本高、甲醇渗透率大、高温低湿环境下,电导率急剧下降等缺点,无法满足其进一步的商业化运用。磺化芳香类聚合物质子交换膜是当前燃料电池质子交换膜领域的研究热点,其磺化聚芳醚氧膦类是一类高性能聚合物,由于氧膦基团具有耐氧化性、保湿性、与有机或无机粒子的粘结性较好等优点,使得该类聚合物质子交换膜具有优
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质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件之一。目前,广泛使用的商业膜是Nafion膜,但由于Nafion膜成本高、甲醇渗透率大、高温低湿环境下,电导率急剧下降等缺点,无法满足其进一步的商业化运用。磺化芳香类聚合物质子交换膜是当前燃料电池质子交换膜领域的研究热点,其磺化聚芳醚氧膦类是一类高性能聚合物,由于氧膦基团具有耐氧化性、保湿性、与有机或无机粒子的粘结性较好等优点,使得该类聚合物质子交换膜具有优良的综合性能。本文首先通过单体结构设计,用直接缩聚法,合成了高离子交换容量(IEC)的含双酚A和双酚AP的磺化聚芳醚氧膦聚合物质子交换膜。对比两个系列聚合物的性能,可得sPOBAP-x系列膜的综合性能优于sPOBA-x系列。通过调整疏水基团的结构和疏水性,能有效改善质子交换膜的尺寸稳定性和热稳定性等性能,从而提高其综合性能。例如,sPOBAP-100聚合物膜在80°C下的吸水率为24.6%,溶胀率为16.2%,导电率为0.061 S/cm。其次,采用直接缩聚法,合成了含酚酞的磺化聚芳醚氧膦聚合物质子交换膜。通过引入庞大的疏水基团结构,不仅可以提高膜的耐氧化性、热稳定性和尺寸稳定性;而且还可以调整膜的微观结构,使膜具有明显的亲水/疏水相分离结构,进一步改善了磺化聚芳醚氧膦类聚合物膜的综合性能。例如,sPAEPP-100膜在80°C下的吸水率为33.1%,与Nafion 117膜相当;溶胀率仅为11.7%,约是Nafion117膜的1/2;导电率高达0.11 S/cm,与Nafion 117膜的电导率相当。
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