質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）由于高效清潔極具前景而備受關(guān)注,作為隔絕燃料、承載催化劑和傳導(dǎo)質(zhì)子的關(guān)鍵部分,質(zhì)子交換膜（PEM）一直是研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。以磷酸（PA）摻雜聚苯并咪唑（PBI）型高溫質(zhì)子交換膜（HTPEM）為代表,相比于低溫質(zhì)子交換膜材料（LTPEM）,高溫（¹60℃）條件下組裝的PEMFC具備較高的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué),簡(jiǎn)化的水管理系統(tǒng),以及催化劑對(duì)CO較高的耐受性。然而,PA摻雜PBI型PEM,存在質(zhì)子傳導(dǎo)率與機(jī)械性能無法兼顧,溶解加工性差,磷酸滲漏,長(zhǎng)期使用壽命不佳等丞待解決的問題。近年來,多種改善PBI結(jié)構(gòu)性能的方法陸續(xù)被報(bào)道,如改變主鏈結(jié)構(gòu),引入堿性基團(tuán),接枝磷酸,合成高分子量PBI聚合物,制備復(fù)合材料,利用小分子進(jìn)行共價(jià)交聯(lián)等。但這些方法或多或少存在問題,還需進(jìn)一步研究改進(jìn)。本課題組近期在LTPEM領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn),三維樹枝狀支化結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物主鏈結(jié)構(gòu)的改性,可以有效增大聚合物膜材料內(nèi)部的自由體積。同時(shí),分支之間錯(cuò)綜復(fù)雜的連接可以有效改善膜材料的抗氧化穩(wěn)定性。本論文在課題組研究成果的指導(dǎo)下,針對(duì)PA摻雜PBI型HTPEM存在的問題,制備合成了一系列... 

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

氫氣氧氣質(zhì)子交換膜燃料電池Figure1-1Protonexchangemembranefuelcells（H/O）

支化聚苯并咪唑高溫質(zhì)子交換膜材料的設(shè)計(jì)、制備與性能優(yōu)化3量、PA滲漏、機(jī)械性能以及抗氧化穩(wěn)定性息息相關(guān)[23]。為了兼顧以上PA摻雜的PBI出現(xiàn)的性能和成本等問題，科研工作者進(jìn)行了很多嘗試。圖1-2不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚苯并咪唑聚合物Figure1-2VariousPBIswithdifferentmainbackbone1.6PA摻雜PBI型HTPEMs材料的改性1.6.1PA摻雜PBI型HTPEMs材料的技術(shù)要求（1）成本低，易于溶解加工（2）合適的力學(xué)性能（3）較好的抗氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性（4）較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率性能和較高的峰值功率密度（5）符合工業(yè)要求的長(zhǎng)期耐用性1.6.2PBI主鏈結(jié)構(gòu)的改性最早商業(yè)化應(yīng)用的HTPEM為Celazole公司生產(chǎn)的mPBI膜材料，然而，由于PBI

支化聚苯并咪唑高溫質(zhì)子交換膜材料的設(shè)計(jì)、制備與性能優(yōu)化14比。合成過程如下：開啟磁力攪拌器上的加熱按鈕，將攪拌器上的油浴鍋加熱至140°C，同時(shí)將多聚磷酸（PPA）放置于80°C鼓風(fēng)烘箱中30min。將加熱好的多聚磷酸倒入250mL三口燒瓶中，多聚磷酸加入量為45g。將三口燒瓶，回流裝置裝到磁力攪拌器上，放入磁子，通入氮?dú)狻０殡S多聚磷酸升溫，調(diào)節(jié)磁子轉(zhuǎn)速至1500rmin-1流暢時(shí)，進(jìn)行下一步反應(yīng)。將轉(zhuǎn)速調(diào)至1000rmin-1，緩慢加入0.6428g3，3’-二氨基聯(lián)苯胺（DAB）至多聚磷酸中，攪拌12h至體系呈現(xiàn)均相特征。依次加入反應(yīng)單體粉末（OPBI-R2-X體系：往均相體系中依次緩慢加入定量1，3，5-三（4-羧基苯基）苯和4，4’-二苯醚二甲酸（OBBA），反應(yīng)2h；OPBI-R3-X體系：往均相體系中依次緩慢加入4，4’，4’’-（苯基-1，3，5-三氧代）-苯甲酸和4，4’-二苯醚二甲酸，反應(yīng)2h；OPBI-R1-X體系：往均相體系中緩慢加入均苯三酸和4，4’-二苯醚二甲酸，升溫至170°C保溫1h后再升溫至220°C反應(yīng)3h。）反應(yīng)結(jié)束后，將粘稠液體倒入裝有800ml去離子水的2000ml燒杯中析出沉淀物，并往燒杯中加入碳酸氫鈉粉末至溶液呈堿性。加入大號(hào)磁子，放置在磁力攪拌機(jī)上攪拌過夜。過濾所得沉淀物，去離子水沖洗數(shù)次后，浸泡在去離子水中，磁力攪拌2h，過濾，再浸泡于無水乙醇中，80°C恒溫2h后，過濾。所得產(chǎn)物于120°C真空烘箱中放置24小時(shí)，得最終支化聚苯并咪唑，產(chǎn)率93%。圖3-14，4’，4’’-（苯基-1，3，5-三氧代）-苯甲酸的合成路線圖Figure3-1Syntheticrouteto1,3,5-tri(4-carboxyphenoxy)benzene(R3)圖3-2R3的1HNMR譜圖Figure3-21HNMRspectrumofR3


本文編號(hào)：3111975