資源描述：
《聚苯并咪唑論文：溶膠—凝膠法制備磷酸摻雜聚苯并咪唑質(zhì)子交換膜研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、聚苯并咪唑論文：溶膠—凝膠法制備磷酸摻雜聚苯并咪唑質(zhì)子交換膜研究【中文摘要】聚苯并咪唑(PBI)由于其突出的熱穩(wěn)定性,可被用做高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電解質(zhì)材料。純PBI膜在室溫下的電導(dǎo)率僅為10-7S/cm,通過浸泡磷酸使其質(zhì)子化是一種常用的提高其電導(dǎo)率的方法。通常采用溶液澆注法制備純PBI膜,但由于PBl分子的剛性結(jié)構(gòu)其難溶解在有機(jī)溶劑中,尤其對于聚合度較大的PBI聚合物。PBI聚合物在有機(jī)溶劑中的溶解難題給進(jìn)一步開發(fā)PBI類質(zhì)子交換膜帶來困難。為此研究者提出利用三氟乙酸與磷酸混合酸作為溶劑溶解PBI再直接澆注成膜的辦
2、法；也有研究者提出通過修飾PBl分子骨架結(jié)構(gòu),如在分子骨架中引入醚鍵、六氟雙苯丙基、側(cè)鏈烷基等的辦法降低分子剛性,從而改善其在有機(jī)溶劑中的溶解性。但這些辦法在改善PBI溶解性的同時,往往增加了制膜成本,或以犧牲PBI原有分子骨架結(jié)構(gòu)為代價。本文基于Jana等人有關(guān)PBI在濃磷酸中熱可逆溶膠凝膠的研究,提出利用PBI-H3PO4的溶膠凝膠化法制備PBI/H3PO4凝膠膜。再通過在低濃度磷酸溶液中的酸調(diào)節(jié)過程制備不同酸摻雜水平的PBI/H3PO4膜。與采用有機(jī)溶劑的溶液澆注法相比,這種方法簡便易行,同時也避免了有機(jī)溶劑的使用。通
3、過本方法制備的酸摻雜水平5.2的PBI/H3PO4膜,120℃時的電導(dǎo)率、斷裂拉伸強(qiáng)度分別為2.4×10-2S/cm與5.1MPa。研究了PBI/H3PO4凝膠膜在低濃度磷酸溶液中的酸調(diào)節(jié)過程。發(fā)現(xiàn)與純PBI膜的磷酸摻雜過程相比,PBI/H3PO4膜的磷酸去摻雜過程非常迅速。酸調(diào)節(jié)過程在降低膜磷酸摻雜水平、增加膜斷裂拉伸強(qiáng)度的同時,也引起PBI膜的收縮。得到的PBI/H3PO4膜的酸摻雜水平主要受控因素為酸調(diào)節(jié)過程所用的磷酸濃度,而與酸調(diào)節(jié)過程溫度關(guān)系不大。但溫度越高,酸調(diào)節(jié)過程所需時間越短,得到的PBI/H3PO4膜也更致
4、密。通過XRD研究發(fā)現(xiàn)磷酸摻雜會增加PBl分子骨架間距離,導(dǎo)致PBI膜的斷裂拉伸強(qiáng)度降低?！居⑽恼縋olybenzimidazole(PBI)membranesareusedasmembraneelectrolytematerialsforhightemperatureprontonexchangemembranefuelcells(HT-PEMFCs)workingat120-200℃duetoitsexcellentthermalandchemicalstabilities.Theprotonconductivity
5、ofthepurePBImembraneisaslowasabout10-7S/cmatroomtemperature,thereforePBImembranesneedtobemodifiedbydopingwithphosphoricacidforusingastheprotonexchangemembraneelectrolyte.PBImembranesareusuallypreparedbymeansofsolutioncastingmethod.However,thePBIsolubilityinorganics
6、olvents,suchasDMAc,decreasesobviouslywiththeincreaseofPBImolecularweightowingtoitsveryrigidmolecularstructure.TherestrictedsolubilityofPBIinorganicsolventsresultsinadifficultyofpreparationofPBImembranesespeciallywhenpolymerhasahighmolecularweight.Therfore,directcas
7、tingaciddopedPBImembranewasproposedbypreparationofPBIsolutionsinmixedacidsoftriluoroaceticacidandphosphoricacid.N-substitutedpolybenzimidazolesbyintroducingetherlinkage,side-chainalkylandhexafluoropropylinthepolymerbackboneshavealsobeensynthesizedinordertoimproveth
8、esolubility.ButthesemethodsmayincreasethecostofpreparingmembranesorsacrificethebrandPBIpropertiestoimprovetheprocessibility.Janaetal.studiedtheth
