一種含芴聚芳醚酮質(zhì)子交換膜的合成與表征

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1、第28卷第2期膜科學(xué)與技術(shù)Vol.28No.22008年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2008文章編號:1007-8924(2008)02-0018-04一種含芴聚芳醚酮質(zhì)子交換膜的合成與表征11,231田雙紅,舒東,孟躍中(1.中山大學(xué)理工學(xué)院光電材料與技術(shù)國家重點實驗室,廣州510275;2.華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院,廣州510630)摘要:采用先磺化法,通過控制雙酚芴、二氟苯甲酮和磺化二氟苯甲酮的比例,合成了磺化聚芴醚酮,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并制備成質(zhì)子

2、交換膜,對其性能進(jìn)行了研究.結(jié)果表明其具有高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及足夠的機械性能,同時還具有較好電池性能.關(guān)鍵詞:雙酚芴;聚芳醚酮;質(zhì)子交換膜;燃料電池中圖分類號:O646文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A近年來由于化石燃料的能源危機以及使用化石磺化4,4′-二氟苯甲酮(0.5068g,1.2mmol)、燃料引起的嚴(yán)重環(huán)境污染,燃料電池特別是質(zhì)子交4,4′-二氟苯甲酮(0.1769g,0.8mmol)、無水碳酸[1]換膜燃料電池(PEMFC)的研究備受關(guān)注.作為鉀(0.3455g,2.5mmol),再加入5mLDM

3、SO作為PEMFC的核心材料,質(zhì)子交換膜(PEM)對燃料電溶劑,6mL甲苯作為帶水劑,在150℃帶水3h,蒸[2]池的性能起關(guān)鍵作用.目前,使用得最多的是杜出甲苯,升溫到175℃反應(yīng)20h,然后將反應(yīng)混合邦公司的Nafion膜,但Nafion膜存在成本高、高溫物倒入甲醇和水(體積比1∶1)的混合液中,得到聚[3]時質(zhì)子傳導(dǎo)性低、甲醇滲透嚴(yán)重等缺陷,因此開合物,反應(yīng)式如圖1所示.發(fā)新的質(zhì)子交換膜材料一直為人們所關(guān)注.聚芳醚酮具有良好的機械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和電[4,5][6][7]化學(xué)性能,

4、向主鏈或側(cè)鏈引入磺酸基團(tuán)后可以成為高性能的質(zhì)子交換膜,但是其中有許多膜容[8]易水解或氧化降解.我們采用雙酚芴作為單體通過[9]先磺化法合成了磺化聚芴醚酮(SPFEK),本文進(jìn)一步系統(tǒng)全面的研究該材料作為質(zhì)子交換膜的相關(guān)性能,并將其裝成電池進(jìn)行了實際的電池性能測試.1實驗部分1.1原料圖1磺化聚芴醚酮的合成4,4′-二氟苯甲酮(Aldrich),雙酚芴,磺化4,Fig.1Synthesisofsulfonated4′-二氟苯甲酮的制備與提純見文獻(xiàn)[9].poly(fluorenyletherket

5、one)[9]1.2聚合物的合成與膜制備將所得聚合物溶于DMAC中,配成約10%溶在裝有攪拌器、導(dǎo)氣管、分水器和冷凝管的液,鋪于玻璃板上,通過溶劑蒸發(fā)、烘干得到聚合物25mL三口瓶中,加入雙酚芴(0.7008g,2mmol),膜,膜厚大約100μm.收稿日期:2006-10-23;修改稿收到日期:2007-02-05基金項目:粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目(2003AA302410);國家863項目(2004A11004004)作者簡介:田雙紅(1980-),女,四川人,博士生,從事膜材料的制備與應(yīng)用的

6、研究.E-mail:t2sh2h@163.com.3通訊聯(lián)系人第2期田雙紅等:一種含芴聚芳醚酮質(zhì)子交換膜的合成與表征·19·1.3測試數(shù)目,9號氫有0.6個,同樣,由于10號以及11號將聚合物膜溶于DMAC,配成0.5g/dL的溶氫分別在供電基醚鍵和吸電基羰基的鄰位,故10號液,于25℃用烏式黏度計測定聚合物的增比黏度.氫在較高場,11號氫在較低場,位置如圖2所示,分熱性能測試在SeikoSSC-5200熱重分析儀(用氮別有0.8個,可以推斷出聚合物分子中X∶Y等于氣保護(hù),升溫速度為20℃/min

7、)及Seiko220差熱分6∶4,該聚合反應(yīng)是嚴(yán)格的按投料比進(jìn)行的,說明采析儀(實驗條件同上)上進(jìn)行.核磁共振譜在Bruker用先磺化后聚合的方法能夠根據(jù)投料比來控制聚合DRX400MHz上進(jìn)行測試,以DMSO為溶劑.吸水物的磺化度,得到預(yù)期產(chǎn)物.率測試采用稱重法,將膜于80℃浸泡約24h使其達(dá)到平衡,迅速拭去表面的水分進(jìn)行稱重得到W0,然后將膜在80℃烘干(約24h)稱重得到W1,吸水率(W)由W%=(W1-W0)/W0×100%計算.機械性能測試在深圳三思萬能試驗機上進(jìn)行,拉伸速度1mm/mi

8、n,環(huán)境溫度23℃,濕度60%.質(zhì)子電導(dǎo)率使用Solartron的1287和1255B電化學(xué)工作站測試,相對濕度為100%,采用兩電極法,交流阻抗擾動電壓10mV.最后將聚合物膜制備成MEA并2組裝5cm的單池,在大連新源動力有限公司的SUN-FTP500燃料電池測試平臺上進(jìn)行電池性能測試,并在線采用Solartron的1287和1255B電化圖2磺化聚芴醚酮的氫核磁譜學(xué)工作站測試測試交流阻抗.Fig.21H-NMRspectrumforSPFEK2.2SPFEK質(zhì)子交換膜的物理化