改性聚苯乙烯磺酸质子交换膜材料的制备及机理

摘要：

为了将价廉易得的聚苯乙烯磺酸类材料重新用作先进燃料电池的质子交换膜,以便大大地降低质子交换膜燃料电池的成本,文章采用模型化合物、C13核磁共振谱、饱和铁氰化钾溶液等进行化学稳定性实验,做成实验电池进行恒电流充放电循环,以及以铂黑(Pt)为电催化剂制备膜电极组件并组装单体电池进行测试等方法对含叔碳氢原子的聚苯乙烯磺酸聚合物与不含叔碳氢原子的聚α-甲基苯乙烯磺酸聚合物进行了对比研究.研究结果表明,对比经老化处理前后的模型化合物对异丙基苯磺酸与对叔丁基苯磺酸的C13核磁共振图谱,前者在羧基与酯基的特征区(169×10-6～180×10-6)、羟基碳或醚基碳的特征区(50× 10-6～80× 10-6)及直链碳的特征区(15×10-6～35× 10-6)都有强吸收峰,而后者却仅在170×10-6处有弱吸收峰;聚苯乙烯磺酸膜浸泡在饱和铁氰化钾溶液8天后的质量损失高达20%,而聚α-甲基苯乙烯磺酸膜的质量损失仅为7.0%左右;以聚苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池经过恒电流充放电循环120次后的电池容量不到初始容量的50%,电池已失效,而以聚α-甲基苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池在经过120次恒电流充放电循环后的电池容量为初始容量的84%,且经过300次循环后的容量仍维持在初始容量的70%以上;以铂黑(Pt)为电催化剂,聚α-甲基苯乙烯磺酸膜为质子交换膜的燃料电池的放电性能有显著提高,以大于50m A/cm2的电流密度放电时,其放电电压曲线趋于平缓.从而发现分子结构中含有叔碳氢原子是导致聚苯乙烯磺酸聚合物化学稳定性差的根本原因,为对价廉易得的聚苯乙烯磺酸聚合物进行结构改性并将其用作燃料电池的质子交换膜提供了理论依据和新的思路.

关键词：质子交换膜、C13核磁共振、化学稳定性、聚苯乙烯磺酸膜

所属期刊栏目：29

分类号：TM912.2

在线出版日期：2005-03-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：19-23