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1、上海空遺，‘掌博士掌位論文新型磺化聚芳醚砜嵌段聚丁二烯質(zhì)子交換膜的研究摘要燃料電池是一種非常有前途的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。在眾多類型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池由于其具有高能量密度、快速啟動(dòng)、清潔、便攜等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在多種電化學(xué)裝黃中，如電動(dòng)汽車和便攜電池等。因?yàn)橘|(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組件之一，所以眾多科研工作者在開發(fā)聚合物電解質(zhì)材料力‘面投入了大量的精力。雖然，目前在質(zhì)子交換膜燃料電池方麗應(yīng)j{jJ1泛的全氟磺酸質(zhì)子交換膜(如Nation膜)，其化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、電導(dǎo)率高，但是高昂的價(jià)格和性能上的一些缺陷限制了它們的
2、應(yīng)用范圍。因此，整個(gè)領(lǐng)域又投入價(jià)格便宜、性能優(yōu)異的新型Nation替代膜的研發(fā)工作。眾所周知，象Nation@、DOW西這類全氟磺酸質(zhì)子交換膜由j：結(jié)構(gòu)中高度的相分離，使其在離子交換容懸較低的情況下仍然具有很好的電導(dǎo)率。因此，薄膜的微觀結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是決定質(zhì)子交換膜電導(dǎo)肆夏的項(xiàng)重要因素。而近來的研究發(fā)現(xiàn)，嵌段共聚是一種實(shí)現(xiàn)這種相分離結(jié)構(gòu)的很好途徑，因?yàn)樗粌H將親本鏈段限制在一個(gè)特定的區(qū)域而[1，町以保持疏水區(qū)域的聚集狀態(tài)。在本論文中，我們通過縮聚反應(yīng)合成了基于聚芳醚砜嵌段聚j一：烯的新型嵌段聚合物，然后用乙?；撬嶂瑢?duì)柔性的聚丁二烯鏈段進(jìn)行選擇性的磺化
3、，最后用溶液流延涂膜的方法制備質(zhì)子交換膜。反腌的l上海_變冀A攀博士掌位論文中間體和最終磺化聚合物的結(jié)構(gòu)用紅外和核磁氫譜進(jìn)行了表征。用籌示掃描量熱法和熱重分析測(cè)量了薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔融峰溫度和熱降解溫度。薄膜的透射電子顯微鏡和x射線衍射分析發(fā)現(xiàn)0i『I二】_】磺化度的質(zhì)子交換膜具有不同的微觀結(jié)構(gòu)。交流阻抗譜分析發(fā)現(xiàn)，這種新型的聚芳醚砜嵌段磺化聚丁二烯(PALES．b．SPB)質(zhì)子交換膜即使在較低的磺化度(11．5％)情況下，25。C時(shí)的電導(dǎo)率仍達(dá)到-r0．0302S／cm。通過對(duì)磺化共聚物質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，分子結(jié)構(gòu)中高柔
4、性的磺化鏈段有利于塞離子區(qū)域的形成，從而有利于提高薄膜的質(zhì)子電導(dǎo)率。為了消除以上合成的部分磺化的PAES．b。PB嵌段共聚物生鏈z{1仍然存在的不飽和雙鍵、改善薄膜的穩(wěn)定性，我們對(duì)薄膜進(jìn)行廠本體的環(huán)氧改性。用紅外光譜研究PAES．6．SPB質(zhì)子交換膜環(huán)氧改性的動(dòng)態(tài)過程和不同磺化度薄膜的環(huán)氧改性結(jié)果。同時(shí)我們還詳細(xì)地研究J’環(huán)氧改性對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、熱穩(wěn)定性、吸水率和溶脹性能、機(jī)械強(qiáng)度以及質(zhì)子電導(dǎo)率的影響。嵌段共聚物的相分離結(jié)構(gòu)是通過聚合物鏈段的團(tuán)聚而實(shí)現(xiàn)的，它使兩個(gè)不相容的相相互共存，而其微觀結(jié)構(gòu)的形貌又受其組成和薄膜的制備過程影響。不
5、同的聚合物組成會(huì)引起薄膜微觀結(jié)構(gòu)的變化，并且最終影響薄膜的物理化學(xué)性能。因此，我們通過制備了一系列具有不同鏈段組成的PAES．b．SPB質(zhì)子交換膜來研究鏈段組成對(duì)質(zhì)子交換膜的微觀結(jié)構(gòu)、熱性能、氧化穩(wěn)定性以及質(zhì)予電導(dǎo)率的影響。基于以上的一些結(jié)論，我們進(jìn)一步合成了一系列同時(shí)磺化硬段與村上海冀追大掌博士掌位論文軟段的PAES-b·PB嵌段共聚物(SPAES．b．SPB)，并用紅外和核磁氧譜對(duì)它的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn)，用透射電子顯微鏡觀察了這類新，弘質(zhì)子交換膜微觀結(jié)構(gòu)的變化。另外，我們還研究了分子鏈中磺化硬段和磺化軟段之間的相互作用對(duì)質(zhì)予交換膜性能的影響。
6、關(guān)鍵詞：嵌段共聚物，聚芳醚砜，聚丁二烯，磺化，質(zhì)予交換膜，燃料電池111±量蘭璺苧登曼主竺蘭堡查STUDIESOFNOVELSULFONATEDPOLY(ARYLENEETHERSULFONE凈POLYBUTADIENEFORPRoTONEXCHANGEMEMBRANESABSTRACTFuelcell，equipmentthatconvertschemicalenergyintoelectricenergy,hasbeendevelopedasapromisingalternativefortheconventionalenergysource
7、s．Amongseveralkindsoffuelcells，protonexchangemembranefuelcell(PEMFC)isparticularlyfavoredforuseinvariouselectrochemicaldevicesduetoitshighpowerdensity，quickstart—up，cleannessandportability．Sinceprotonexchangemembrane(PEM)isoneofthekeycomponentsofPEMFC，muchefforthasbeendedicat
8、edtoexploringnovelpolymerelectrolytematerials．Thoughtheperfluorosulf
