国家自然科学基金(20474061)
- 作品数：2 被引量：0H指数：0
- 相关作者：张所波张丰李文木吴叔青邱志明更多>>
- 相关机构：中国科学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：电气工程化学工程更多>>
- 化学稳定的磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成及其表征
- 2007年
- 质子交换膜存在的最大问题是膜的水稳定性问题(包括水解稳定性、尺寸稳定性和溶解稳定性),对于磺化聚酰亚胺膜来说,由于存在酰亚胺环,因此他最大的问题是水解稳定性问题。基于这些问题,本文合成了一系列的化学稳定的(水、氧化和热稳定)磺化聚酰亚胺用做质子交换膜材料,所有的聚合物都表现出良好的成膜性、机械性能和热稳定性。首先,联萘二酐(BTDA)的引入,大大的提高膜的水解稳定性,例如Ⅰa-90在90℃的水中1000 h还能保持原有的机械性能,而以NTDA为基础的膜24h就失去了原有的机械性能。同时,在分子链中引入碱性的二胺基团,例如,苯并咪唑等;碱性的基团和磺酸基团形成聚合物盐,增强了分子链间的相互作用,降低了膜的吸水率,提高了尺寸稳定性。例如Ⅰa-90和Ⅰc-90具有相近的IEC值,但是由于聚合物中碱性基团和磺酸形成的分子间作用力,Ⅰa-90的吸水率(65%)低于Ⅰc-90(79%);吸水率的降低,同时也降低了膜的甲醇透过率。在保持这些优良性能的同时,为了提高膜的氧化稳定性和质子导电率,以新型的全芳香结构的磺化二胺(2,2'-BSBB)合成了一系列的不同磺化度的磺化聚酰亚胺(Ⅱ),所得聚合物具有良好的成膜性,在保持良好的机械性能、高热稳定性等的前提下,由于全芳香磺化二胺的引入,大大的提高了膜的氧化稳定性;尤其是Ⅱa-6^(11)0膜,开始溶解的时间大于40 h,远大于其它类型的SPI膜(<30 h);由于2,2'-BSBB的刚性结构和大的侧链基团,Ⅱ膜具有较高的质子导电率;Ⅱa-80的质子导电率在20℃条件下为0.112 S/cm,在相同测试条件下,大于Nafion 117的0.09 S/cm,也远远大于相似IEC值的Ⅰc-70的0.044 S/cm。因此,该膜有望作为一种新型的性能优良的质子传输膜材料应用于燃料电池。
- 李南文张丰张所波
- 关键词：磺化聚酰亚胺质子交换膜水稳定性
- 高性能磺化聚(苯-酰亚胺)质子传输膜的合成及表征
- 2007年
- 本文首次利用Ni^(11)催化偶联合成了一系列的磺化聚苯和聚(苯-酰亚胺)质子传输膜材料,在聚合物中引入酰亚胺基团,提高了聚合物的成膜性和机械性能。由于SPI(Ⅰ)和SPI(Ⅱ)中存在不对称结构的酰亚胺基团,破坏了分子链的堆积,因此得到的膜具有较高的水吸收;尽管SPP具有高的IEC值,但水吸收很低。和Nafion 117(1.7?10^(-1)S/cm, at 80℃)膜相比,磺酸的强酸性和良好的相分离结构导致高的质子导电率(大于2.6?10^(-1)S/cm,at 80℃);尤其是在高温时,SPI(Ⅰ)和SPI(Ⅱ)膜都表现出了很高的质子导电率,可能是由于酰亚胺的不对成结构使得膜在高温时仍能保持大量的水分子以利于质子传输,例如SPI(Ⅰ)-70在80℃的质子导电率为0.687S/cm,相当于相同测试条件下Nafion 117的三倍。同时,-CF_3和全芳香结构的引入大大的提高了膜的氧化稳定性,SPI(Ⅰ)膜在Fenton's试剂中完全溶解的时间高达263h;疏水的-CF_3基团引入在氨基的邻位,阻止了水分子进攻酰亚胺环,因此膜的水解稳定性得到很大的提高。柔性链的引入以及酐的低电子云密度,更大程度的提高了膜的水解稳定性,SPI(Ⅱ)-70在140℃的水中250h仍能保持原有的机械性能,这是目前报道的水解稳定时间最长的膜材料。因此,该膜有望成为一种新型的性能优良的质子传输膜材料在燃料电池中应用。
- 张所波吴叔青邱志明李文木
- 关键词：质子交换膜水解稳定性
