磺化聚苯和磺化聚硫醚砜的合成及其在燃料电池中的应用研究

摘要

质子交换膜燃料电池在电动汽车及电子设备等方面有着巨大的应用前景。现有的质子交换膜材料是以杜邦公司的Nafion为代表的全氟类磺化聚合物，这类材料具有质子导电率高，力学强度好，化学及电化学稳定性优异，使用寿命长等优点。但这类材料也存在着价格昂贵、甲醇透过率高、高温下的质子导电率急剧下降等缺点，限制了这类材料在燃料电池上的近一步应用。开发价格低廉、性能优异的非含氟性磺化聚合物是这个研究领域的发展方向。 到目前为止，人们已经合成出了大量的非含氟性磺化聚合物，如：磺化聚苯乙烯、磺化聚醚砜、磺化聚苯硫醚、磺化聚酰亚胺等，但这类材料具有耐水性差、使用寿命短等缺点。提高这些非含氟性磺化聚合物的综合性能是目前研究的重点。 本文以对氯二苯砜，磺化对氯二苯砜以及4，4’－二巯基二苯硫醚为原料成功合成了一系列具有不同质子交换容量（IEC）的磺化聚硫醚砜，并用浇注法制备成膜。本文最大的创新点是采用新的交联技术使磺化聚硫醚砜膜在多聚磷酸体系中发生交联。交联极大地改善了膜的力学性能和耐水性，尤其是使得甲醇透过率大大降低，而导电率依然能够维持在较高的水平，从而使得膜的综合性能得到极大提升。同时这种交联方法具有广泛性，除了磺化聚硫醚砜体系，也可以用于许多其他非氟磺化聚合物。 本文同时还对聚苯类聚合物进行了一定探索研究。以2，5－二氯苯甲酸和3，5－二氯苯甲酸为基本原料合成一系列不同侧基的单体。并不断摸索和优化镍催化聚合反应条件，得到高分子量聚苯类聚合物。有关研究还在进行中。