聚芳醚酮类质子交换膜杂环位置与磺化位点的结构优化与性能研究

发布时间：2020-12-23 22:59

　　质子交换膜（PEMs）作为质子交换膜燃料电池的核心部件,起到传导质子,阻隔燃料的作用,同时需要具备优异的热性能,氧化稳定性和机械性能。目前最知名的商用质子交换膜是杜邦公司生产的Nafion系列全氟磺酸膜,这类膜在高湿度下拥有超高的质子传导率,但也存在低湿度下传导率损失严重以及对醇类燃料阻隔能力差等限制。磺化聚芳醚酮（SPAEK）因为其基体聚芳醚酮（PAEK）具有优异的热,化学,机械稳定性且易于修饰功能基团,生产成本低等特点而被许多科研工作团队认为是Nafion很有可能的接替者。多年以来,国内外科研工作者对磺化聚芳醚酮类聚合物展开了很多研究,也引入了很多新的功能基团,然而这些新基团对聚合物的影响往往是多方面的,同时又增加了合成难度。在本论文中,我们期望通过对分子的设计,不过分依赖新基团的引进,通过调控聚合物中氮杂环的位置和磺化位点使其完成更好的相互作用使我们的膜具有更优异的性能。本论文的SPAEK膜侧链末端结合了含仲胺的氮杂环和磺酸基团,首先,将5-羧基苯并三唑磺化提纯,得到磺化羧基苯并三唑（SCBTA）,通过亲核缩聚制备侧链含氨基的PAEK三元聚合物,利用酰胺化反应把SCBTA接到PA... 

【文章来源】：长春工业大学吉林省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

质子交换膜燃料电池工作原理图

第 1 章 绪 论传递到阴极并与 e-和０２发生反应，产生水排出系统产生化学反应过程如下：应：2H 2 H 2e 应：2 2O 4 H 4e 2H O 反应：2 2 22H O 2H O醇燃料电池(DMFC)结构及工作原理以氢气作为燃料的 PEMFC，而另一种以甲醇液体和甲醇直接甲醇燃料电池。它的核心组件也与常规 PEMFC 相似子交换膜等构成，基本结构见图 1.2[8]。直接甲醇燃料电保、转换效率高[9]等特点，使人们看到了便携式设备应用

这些不同的化学公司所生产的全氟磺酸型质子交换膜的化学结构如图 1.。以 Nafion 膜为例，它的命名方式比如 Nafion 117 是指 Nafion 干膜 1100ol 磺酸基团，厚度为 0.007 in.（约为 175μm）[18]。Nafion 膜具有如此卓传导能力主要取决于它的全氟磺酸结构使得 Nafion 具有复杂的多尺度相，带有磺酸基团的长侧链构成了连续的亲水相传输通道渗透通过疏水的，四氟乙烯 (Teflon)主链基质[19, 20]。Nafion 膜的具体结构模型所述不一，其―核－壳‖三明治结构如图 1.4[21]所示，因为磺酸基团作为一种具有强吸湿，使得带有磺酸基团的侧链具有亲水特性，使这种膜材料具备吸水能力，乙烯主链结构具有疏水特性，带有磺酸基团的侧链被认为形成了亲水相连道和疏水骨架结构之间的界面层，使得这种全氟磺酸型聚合物形成了三相提出这种模型的人认为此模型很好地解释了 Nafion 膜在高湿度下或水溶集态结构[21]。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2934489