非含氟型磺化聚合物质子交换膜材料的研究进展(下)

概述了近十年来非含氟型磺化聚合物质子交换膜材料的研究进展,包括各种材料的制备和性质,详细地讨论了材料的化学结构、形态与其性能(质子导电率、耐水性、尺寸稳定性、吸水率、抗自由基氧化性、甲醇透过率等)之间的关系,其中结合作者在磺化聚酰亚胺方面的研究工作,重点对这类材料进行了系统、深入的介绍和讨论.最后,本文还对今后燃料电池用质子交换膜材料的研究提出了一些设想和展望.本文分为上下两篇,其中下篇主要综述了非含氟型磺化聚合物的性能与结构形态之间的关系.     

可溶性共聚型聚苯并咪唑的合成及性能

以对苯二酚和对氟苯甲腈为原料, 合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯, 并与4,4′-二羧基二苯醚作为共聚单体与3,3′-二氨基联苯胺反应合成了共聚型聚苯并咪唑, 通过红外光谱、核磁共振和热重分析等手段对聚合物的结构及热性能进行了分析. 研究了聚合物的黏度、溶解性、成膜性及聚合物薄膜的力学性能.     

聚苯并咪唑-锂盐-聚乙二醇单甲醚共混全固态聚合物电解质的制备及性能

使用共混后浇铸成膜的方法,制备了聚苯并咪唑-锂盐-聚乙二醇单甲醚组成的锂离子电池共混全固态聚合物电解质。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、拉伸与交流阻抗测试表征了共混全固态电解质的结构与性能。研究了不同锂盐以及各组分含量对共混全固态电解质的力学性能与电导率的影响。结果表明:聚苯并咪唑与聚乙二醇单甲醚之间存在氢键;共混全固态电解质中聚乙二醇单甲醚处于无定形态;锂盐的加入使聚乙二醇单甲醚的玻璃化转变温度下降;聚乙二醇单甲醚含量越高,共混膜强度越低,电导率越高,并且使用三氟甲磺酸锂作为锂盐时其电导率最高,室温下可以达到3.58×10~(-5) S/cm,高温下可以达到3.3×10~(-3) S/cm,高温下满足对锂离子电池的使用需求。     

非含氟型磺化聚合物质子交换膜材料的研究进展(上)

概述了近十年来非含氟型磺化聚合物质子交换膜材料的研究进展,包括各种材料的制备和性质,详细地讨论了材料的化学结构、形态与其性能(质子导电率、耐水性、尺寸稳定性、吸水率、抗自由基氧化性、甲醇透过率等)之间的关系,其中结合作者在磺化聚酰亚胺方面的研究工作,重点对这类材料进行了系统、深入的介绍和讨论.最后,本文还对今后燃料电池用质子交换膜材料的研究提出了一些设想和展望.本文分为上下两篇,其中上篇主要综述了各种非含氟型磺化聚合物的制备方法.     

新型磺化聚苯并咪唑的合成及性能

以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料, 合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯, 再经磺化反应合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na), 并以4,4'-二羧基二苯醚(DCDPE)作为非磺化二酸单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了一系列磺化聚苯并咪唑(SPBI). 通过红外光谱、 核磁共振及热重分析等手段对聚合物的结构及性能进行了分析. 研究了聚合物的特性黏度、 溶解性、 成膜性及聚合物薄膜的力学性能.     

磺化聚酰胺的合成及性能

以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料, 合成了芳香二羧酸单体1,4-二(4-羧基苯氧基)苯(BCPOB-COOH), 再经磺化反应合成了磺化芳香二羧酸单体1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na). 另外, 以芳香二胺单体4,4'-二氨基二苯醚(ODA)为原料, 合成了磺化芳香二胺单体4,4'-二氨基二苯醚-2,2'-二磺酸(ODADS). 以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂、 亚磷酸三苯酯(TPP)与吡啶(Py)为缩合剂, 氯化钙或氯化锂或二者的组合为催化剂, 通过Yamazaki-Higashi直接缩聚, 使芳香二羧酸和芳香二胺中的磺化单体与非磺化单体反应, 制得了两种磺化芳香聚酰胺(Sulfonated polyamide, SPA). 通过红外光谱、 核磁共振波谱及热重分析等手段对聚合物的结构及性能进行了表征与分析, 并研究了聚合物的特性黏度、 溶解性、 成膜性及聚合物薄膜的力学性能等. 结果表明, 通过Yamazaki-Higashi直接缩聚制备的2种磺化芳香聚酰胺在极性非质子性溶剂中具有优良的溶解性能、 较高的耐热性能及优异的力学性能.     

燃料电池用新型磺化聚苯并咪唑交联膜的制备与性能

将四胺单体4,4′-二(3,4-二氨基苯氧基)联苯(BDAPB)与二酸单体4,4′-二苯醚二甲酸(DCDPE)及四胺单体3,3′-二氨基联苯胺(DAB)在伊顿试剂(Eaton’s reagent,甲磺酸与五氧化二磷的质量比为10∶1)中进行无规共聚,合成了一系列聚苯并咪唑共聚物PBI-x(x为BDAPB在四胺单体中的摩尔分数)。然后通过后磺化和共价交联剂双酚A型环氧处理制得了一系列磺化聚苯并咪唑交联膜S-PBI-x-Cy(y为环氧基与咪唑基的物质的量之比)。采用热重分析、拉伸测试、芬顿试验等,研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性能及电池性能。结果表明:所制得的交联膜都显示出良好的力学性能,膜的质子电导率随着BDAPB摩尔分数的增加而显著增大;当BDAPB的摩尔分数达到30%时,其质子电导率高于全氟磺化聚合物膜Nafion 212的质子电导率。交联处理降低了膜的溶胀率,且交联密度越高,溶胀率降低越显著。由S-PBI-30-C15组装成的单电池(H2-O2体系)显示出优异的发电性能,其在90℃和70%相对湿度下的最大输出功率密度达到1.11 W/cm2,高于相同条件下由Nafion212组装成的单电池的最大输出功率密度(0.95 W/cm2)。