一种含芴聚芳醚酮质子交换膜的合成与表征.docx

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1、一种含笏聚芳酸酮质子交换膜的合成与表征田双红2,舒东，陈玉林2,孟跃中3（1中山大学理工学院光电材料与技术国家重点实验室;2中科院广州化学研究所;3华南师范大学化学与环境学院）最近我们开发了一种新的质子交换膜，采用双酚笏作为单体通过先磺化法合成了横化聚躬雄阳（SU1fOnatedpo1y（f1uoreny1etherketone）,SPFEK）1,发现SPFEK具有优异的热稳定性能、机械性能、抗氧化和抗水解的能力，并获得较好的燃料电池性能,其结构及其核磁表征如Fig.1所示：membraneat70*Candandtheoperationa1Fig.11H-NMRspectrumforSPFE

2、Kpressureasindicated该膜的相关物理化学性能如Tab.2所示，Nafion115的也列入作为比较。SPFEK具有较高的粘度，用流延法可以制备出透明、柔韧的膜。通常，质子交换膜的EW值（单位树脂中磺酸基团的含量）越低吸水率越高，而吸水率同时影响膜的质子电导率和机械强度，吸水率越高其离子化程度越大，从而质子传导率越高，但是机械性能会降低。对于磺化聚笏酸阴，EW值为521gmeq时，膜的吸水率为49.0乐具有较高的质子传导率和足够的机械性能，虽然SPFEK的吸水率较Nafion115高，但质子电导率却更低，这是因为SPFEK中磺酸基团酸性较弱造成的。%心质子交换膜还必须具有好的热稳

3、定性，使其在工作温度下不发生分解，从表1一式的：项目符抨咻号中可以看出，磺化聚笏壁酮的5%质量丢失的温度是315C,其热稳定性与Nafion115相当，完全满足工作温度的要求。Tab.2Physica1-chemica1characteristicsofmembranesofSPFEK表2SPFEK质子交换膜的物理化学性能PEMEW/gmeqg/d1Wateruptakecontent,wt%/Tmb/Protonconductivity/s/cmSPFEK5210.949.0315353-c5.3710jNafion1151100-d24.93473871152.03102aTemperat

4、ureofmass1oss5%ofthepo1ymer;bTemperatureofmass1oss5%ofthepo1ymer;cNog1assstateconversionbe1ow300,C.dInso1ub1einDMCundernorma1pressure干湿SPFEK质子交换膜的机械强度如表3所示。由于主链是由僵便的苯环组成，它们具有高的弹性模量，从而有比Mfion膜强的抗变形能力。同时它们还具有小的断裂伸长率和高的屈服强度，这有利于压制MEA时采用高的制备压力。湿膜的离子化程度较干膜高，导致其机械性能下降。尽管如此，湿膜仍具有足够的机械强度在燃料电池工作环境中使用。Tab.3Me

5、chanica1propertyofSPFEKmembraneMembraneYoung,smodu1us/MPaStrengthatbreak/MPae1ongationatbreak/%Tensi1estrength/MPayie1dstrength/MPaDry115038.110.644.439.4Wet73012.25.718.818.8SPFEK质子交换膜的抗水解、抗氧化性能。SPFEK膜样品在沸水中处理了35天，外观无任何变化,说明在此期间该样品并无明显水解现象发生。在80aC的Fenton试剂（含2ppm硫酸亚铁的3%的双氧水溶液）中处理，216分钟后碎裂，251分钟后完全溶在

6、溶液中，显然SPFEK质子交换膜有很好的抗氧化性能，据文献报道，含笏基团越多，聚合物膜的抗氧化性能越好，可能是由于笏基团较大，使氧化剂不易进攻酸键。SPFEK质子交换膜的燃料电池性能如图2所示，在氢气与氧气的工作压力是0.2MPa时，电池在0.38V电压下，电流密度能达到0.64Aci2,随着气体工作压力的降低，燃料电池性能变差，这是因为压力降低阻碍了反应气通过电极扩散层向催化层的传质，增加了浓差极化。结论合成了EW值为521gmeq,吸水率高达49.0舟的质子交换膜，其干湿膜的拉伸强度分别44.4MPa,18.8MPa,具有较强的抗氧化及抗水解能力，单池在0.38V电压下，电流密度高达0.64Acm2o参考文献1ChenY1,MengYZ,HayAS,J.membraneSci.,Revise