聚[2，2’--间(4--羟基吡啶)--5，5’--二苯并咪唑]新型质子交换膜的制备与表征

摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型的能源电池，在交通运输等很多方面都有广阔的应用前景。质子交换膜(PEM)是该电池的核心部件，其性能直接决定着燃料电池的性能。比如PEM的工作温度较低，会对电池性能的提高产生限制。因此，研发能在100℃以上工作的高温质子交换膜(HT-PEM)具有重要意义。在高温膜中目前为止性能最好的是聚苯并咪唑(PBI)膜。它具有热稳定性高、化学稳定性好、力学性能强等优点。
　　本论文采用微波合成法，以PPA为溶剂，在200℃下反应3小时，制备了聚[2，2'-间(4-羟基吡啶)-5，5'-二苯并咪唑](OH-PPBI)及其与聚[2，2'-(间亚苯基)-5，5'-二苯并咪唑](PBI)的共聚物OH-PPBI/xPBI，并通过调节二羧酸单体的比例，控制OH-PPBI中吡啶的含量。希望通过在PBI骨架中引入吡啶来提高磷酸掺杂水平，进而提高膜的电导率，以共聚的方式提高PBI的溶解性。同时，羟基的引入使其可以与其他官能团结合，对其进行进一步修饰有一定意义。
　　合成的新型含吡啶的聚苯并咪唑性能良好，均有优异的热稳定性、良好的抗氧化性和在有机溶剂（DMAc、DMSO和NMP）中的易溶解性，且共聚物OH-PPBI/xPBI溶解性好于均聚物OH-PPBI。磷酸掺杂水平为4.3的OH-PPBI/PBI/PA膜，室温拉伸强度为55.3MPa，断裂伸长率为107％，150℃不加湿条件下的电导率为0.099 S/cm。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 高温质子交换膜研究概述

1．3 聚苯并咪唑(PBI)膜简介

1．3．1 PBI的结构与性能

1．3．2 磷酸掺杂的PBI膜

1．3．3 共混型PBI复合膜

1．4 课题研究的意义和内容

第2章 实验部分

2．1 实验仪器与药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验药品

2．2 OH-PPBI系列聚合物的合成与表征

2．2．1 OH-PPBI系列聚合物的合成

2．2．2 OH-PPBI系列聚合物的表征

2．3 OH-PPBI系列膜的制备与表征

2．3．1 OH-PPBI系列膜的制备

2．3．2 OH-PPBI系列膜的表征

第3章 实验结果与讨论

3．1 OH-PPBI系列聚合物的表征

3．1．1 核磁表征

3．1．2 热稳定性

3．1．3 溶解性

3．2 OH-PPBI系列膜的表征

3．2．1 磷酸中的溶胀性

3．2．2 机械性能

3．2．3 电导率

3．2．4 抗氧化性

第4章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表论文’情况