【摘要】：通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物主體中親水性的側(cè)鏈磺烷基結(jié)構(gòu)與疏水性的全芳主鏈結(jié)構(gòu)間的比例,制備了主鏈重復(fù)單元結(jié)構(gòu)中僅含單個(gè)萘基基團(tuán)的不同磺化度的側(cè)鏈磺烷基萘基聚芳醚酮質(zhì)子交換膜材料(SNPAEK-xx),其中,磺化度高于1.30的SNPAEK-xx膜展現(xiàn)出優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性能,80 oC時(shí)的質(zhì)子傳導(dǎo)率值高于0.145S cm-1,最高質(zhì)子傳導(dǎo)率值高達(dá)0.191 S cm-1,明顯優(yōu)于相同條件下的Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能�；诓煌腔鹊腟NPAEK-xx聚合物,展開(kāi)了側(cè)鏈磺烷基結(jié)構(gòu)萘基聚芳醚酮質(zhì)子交換膜材料的性能研究。質(zhì)子交換膜材料中,平面萘基基團(tuán)特有的基團(tuán)間的相互作用有助于疏水相區(qū)的聚集形成,進(jìn)而有利于形成更加明顯的親疏水相區(qū)分離結(jié)構(gòu),此外,分子鏈間萘基基團(tuán)間的相互作用還有助于提高膜材料的化學(xué)穩(wěn)定性,增強(qiáng)膜材料的機(jī)械性能,降低膜材料的吸水性能,基于平面萘基基團(tuán)的特殊作用,進(jìn)一步制備了主鏈重復(fù)單元結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)萘基基團(tuán)的不同磺化度的雙萘基聚芳醚酮質(zhì)子交換膜材料(SDN-PAEK-x),雙萘基基團(tuán)的引入,極大的提高了質(zhì)子交換膜材料的質(zhì)子傳導(dǎo)率,電池性能結(jié)果顯示,含雙萘基結(jié)構(gòu)的SDN-PAEK-1.94質(zhì)子交換膜材料具有顯著優(yōu)于Nafion膜的電池性能,40 oC時(shí)的最大功率密度可達(dá)32 m W·cm~(-2),明顯優(yōu)于Nafion膜80 oC條件下24 m W·cm~(-2)的最大功率密度,同時(shí)SDN-PAEK-1.94膜80 oC條件下的最大功率密度達(dá)到了60 m W·cm~(-2),明顯優(yōu)于相同條件下的Nafion膜的最大功率密度,可作為潛在的質(zhì)子交換膜材料應(yīng)用于直接甲醇燃料電池�？紤]到制備的聚合物分子鏈中重復(fù)單元結(jié)構(gòu)中含單個(gè)萘基基團(tuán)的SNPAEK-xx與含雙萘基基團(tuán)的SDN-PAEK-x磺化聚合物間的綜合性能差異和制備成本雙重因素,我們首先選用綜合性能優(yōu)良,成本相對(duì)較低的SNPAEK-1.35作為Nafion改性劑與Nafion復(fù)合,制備一系列不同SNPAEK-1.35聚合物質(zhì)量含量的Nafion/SNPAEK-x復(fù)合膜,探究SNPAEK-1.35Nafion改性劑的引入對(duì)Nafion膜綜合性能的影響,研究結(jié)果顯示,Nafion復(fù)合膜中SNPAEK-1.35聚合物改性劑的引入具有提高Nafion膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能、阻醇性能和甲醇體系下電池性能的作用,同時(shí)Nafion膜的其它性能也獲得了一定程度上的改善提高。
[Abstract]:By adjusting the ratio of the hydrophilic side chain sulfonyl structure to the hydrophobic all aromatic main chain structure in the polymer body, A side chain sulfonyl poly (aryl ether ketone) proton exchange membrane (SNPAEK-xx) with only a single naphthyl group in the main chain repeat unit structure was prepared, in which the side chain sulfonyl naphthalene polyaryl ether ketone proton exchange membrane (SNPAEK-xx) was prepared. The SNPAEK-xx membrane with sulfonation degree higher than 1.30 showed excellent proton conductivity. At 80 oC, the proton conductivity was higher than 0.145S cm-1, and the maximum proton conductivity was up to 0.191 S cm-1,. The proton conductivity of Nafion membrane is better than that of Nafion membrane under the same conditions. Based on SNPAEK-xx polymers with different sulfonation degrees, the properties of side chain sulfonyl naphthyl poly (aryl ether ketone) proton exchange membrane materials were studied. In the proton exchange membrane materials, the interaction between the unique groups of planar naphthyl groups is helpful to the aggregation of hydrophobic phase regions, and thus to the formation of more obvious hydrophilic phase separation structures. The interaction of naphthyl groups among molecular chains can also improve the chemical stability of the membrane materials, enhance the mechanical properties of the membrane materials, and reduce the water absorbency of the membrane materials, based on the special action of the planar naphthyl groups. The bisnaphthyl poly (aryl ether ketone) proton exchange membrane (SDN-PAEK-x) containing two naphthyl groups in the main chain repeat unit structure was further prepared. The proton conductivity of the proton exchange membrane material was greatly improved. The results of the battery performance showed that the SDN-PAEK-1.94 proton exchange membrane material with binaphthyl structure had significantly better performance than that of the Nafion membrane. The maximum power density at 40 oC can reach 32 MW cm~ (-2), which is obviously superior to the maximum power density of 24 MW cm~ (-2) at 80 oC of Nafion film. At the same time, the maximum power density of SDN-PAEK-1.94 film at 80 oC is 60 MW cm~ (-2), which is obviously better than that of Nafion film under the same condition. It can be used as a potential proton exchange membrane material for direct methanol fuel cells. Taking into account the difference in comprehensive properties and the cost of preparation of SNPAEK-xx with a single naphthyl group and SDN-PAEK-x sulfonated polymer with a bisnaphthyl group in the repetitive unit structure of the prepared polymer chain, Firstly, a series of Nafion/SNPAEK-x composite membranes with different mass content of SNPAEK-1.35 polymers were prepared by using SNPAEK-1.35, which has good comprehensive properties and relatively low cost, as Nafion modifier and Nafion. The effect of SNPAEK-1.35Nafion modifier on the comprehensive properties of Nafion membrane was investigated. The results showed that the introduction of SNPAEK-1.35 polymer modifier in Nafion composite membrane could improve the proton conductivity of Nafion membrane. The effects of alcohol resistance and cell performance in methanol system and other properties of Nafion film were improved to some extent.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ425.236

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本文編號(hào)：2393083