燃料电池用新型磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物的合成与性能

• 作者: 刘飞跃 张崇印 房建华 王文彬 郭志海 郭晓霞 郭玉飞
• 来源期刊: 功能高分子学报
• 学科: 化学
• 关键词: 磺化聚(醚酮苯并咪唑) 质子交换膜 交联 燃料电池
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 473-482
• 页数: 10页
• 分类号: O631
• 语种: 中文
• DOI: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191230001

摘要

通过两步反应合成了一种邻二氨基单体4-苯氧基-1,2-苯二胺(POPDA),并将它与4,4'-二苯醚二甲酸(DCDPE)、5-氨基间苯二甲酸(APA)及3,3'-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸介质中进行无规共聚,合成了一种新型聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(PEKBI-x,x指POPDA在芳胺单体(POPDA和DAB)中的摩尔分数).以发烟硫酸为磺化试剂,通过后磺化反应合成了相应的磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(SPEKBI-x).利用SPEKBI-x结构中APA单元的侧氨基与交联剂1,2,7,8-二环氧辛烷结构中的环氧基团反应,制备了一系列磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物交联膜(SPEKBI-x-CL).采用热重分析、拉伸测试、Fenton实验等研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、离子交换容量、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性及电池性能.结果表明:所制得的交联膜具有很高的离子交换容量(2.88～3.28 meq/g)、良好的力学性能和热稳定性,膜的质子电导率随着共聚物结构中POPDA单元含量的增加而增大.单电池初步测试结果表明:由SPEKBI-0.50-CL交联膜所组装的H2-O2单电池在80℃、80％相对湿度和100 kPa背压下的最大输出功率密度(PD,max)达到662 mW/cm2,高于由Nafion212所组装的H2-O2单电池在相同条件下的发电性能(PD,max=631 mW/cm2).