基于聚苯并咪唑/超支化聚合物的交联共混体系的高温质子交换膜

摘要

在可溶性高分子量芳醚型聚苯并咪唑(OPBI)基体中引入超支化聚对氯甲基苯乙烯(H-VBC),通过便捷的溶液共混-浇铸法,制备了基于聚苯并咪唑/超支化聚合物的新型交联体系(OPBI/H-VBC-1和OPBI/H-VBC-2),并对膜进行季铵盐化处理(OPBI/H-VBC-QA-1和OPBI/H-VBC-QA-2),实现了复合膜综合性能的提升.与原始OPBI膜相比,交联型复合膜表现出优异的尺寸稳定性和"抗塑化"能力.在85％磷酸中浸泡72 h后,OPBI/H-VBC-2和OPBI/H-VBC-QA-2的体积膨胀率只有184.2％和152.4％,而OPBI的体积膨胀率达到336.5％;OPBI/H-VBC-2和OPBI/H-VBC-QA-2的最大拉伸强度分别达到36.3和21.9 MPa,比单一OPBI膜的10.9 MPa提高了56％～233％.研究发现,季铵盐化的复合膜具有更高的质子传导率(在200°C下的质子传导率分别达到151.5和103.4 mS/cm)与磷酸吸收水平比值.对比研究发现,所制备的交联型复合膜比已报道大多数高温质子交换膜(HT-PEM)具有更优异的质子传导率与力学强度平衡能力.