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1、一种含笏聚芳酸酮质子交换膜的合成与表征田双红2,舒 东陈玉林）孟既中$（1中山大学理工学院光电材料与技术国家重点实验室:2中科院广州化学研究所: 3华南师范大学化学与环境学院）最近我们开发了一种新的质子交换膜，采用双酚笏作为单体通过先磺化法合成了 磺化聚笏雁丽（sulfonated poly（fluorenyl ether ketone）, SPFEK） 1.发现SPFEK具 有优异的热稳定性能、机械性能、抗氧化和抗水解的能力，并获得较好的燃料电池性能, 其结构及其核磁式征如Fig. 1所示：membrane at 70 C and and the operationalFig. 1 H-NM
2、R spectrum for SPFEKpressure as indicated该膜的相关物理化学性能如Tab. 2所示，Nafionll5的也列入作为比较。SPFEK 具有较高的粘度，用流延法可以制备出透明、柔韧的膜。通常，质了交换膜的EW值（单 位树脂中磺酸基团的含量）越低吸水率越高，而吸水率同时影响膜的质子电导率和机械 强度，吸水率越高其离子化程度越大，从而质子传导率越高，但是机械性能会降低。对 于磺化聚笏雒酮，EW值为521 g/meq时，膜的吸水率为49.0%,具有较高的质子传导率 和足够的机械性能，虽然SPFEK的吸水率较Nafionll5高，但质子电导率却更低，这是 因为SPF
3、EK中磺酸基团酸性较弱造成的。田匚质子交换膜还必须具有好的热稳定性，使其在工作温度卜不发生分解，从表1带格式的：目符丽硒中可以看出，磺化聚笏酸酮的5%质量丢失的温度是315C,其热稳定性与Nafionll5相 当，完全满足工作温度的要求。Tab. 2 Physical - chemical characteristics of membranes of SPFEK 表2SPFEK质子交换膜的物理化学性能PEMEW/ g/mcqn/ g/dLWater uptake content, wt%/ T bT1 101/ / CProton conductivity / s/cmSPFEK5210.9
4、49.0315353 -c5. 37X10 3Nafionl151100-d24.9347387 1152. 03X102a Temperature of mass loss 5% of the polymer;b Temperature of mass loss 5% of the polymer;c No glass state conversion below 300 *C.d Insoluble in DMAC under normal pressure干湿SPFEK质子交换膜的机械强度如表3所示。由于主链是由僵硬的苯环组成，它们 具有高的弹性模量，从而有比Nafion膜强的抗变形能力
5、。同时它们还具有小的断裂伸长 率和高的屈服强度，这有利于压制MEA时采用高的制备压力。湿膜的离子化程度较干膜 高，导致其机械性能下降。尽管如此，湿膜仍具有足够的机械强度在燃料电池工作环境 中使用。Tab. 3Mechanical property of SPFEK membraneMembraneYoung s modulus / MPaStrength at break / MPaelongation at break / %Tensile strength / MPayield strength /MPaDry115038. 110.644.439.4Wet73012.25.718.818
6、.8SPFEK质子交换膜的抗水解、抗氧化性能。SPFEK膜样品在沸水中处理了 35天，外 观无任何变化，说明在此期间该样品并无明显水解现象发生。在80 的Fenton试剂（含 2 Ppm硫酸亚铁的跳的双氧水溶液）中处理，216分钟后碎裂，251分钟后完全溶在溶液 中，显然SPFEK质子交换膜有很好的抗氧化性能，据文献报道，含羽基团越多，聚合物 膜的抗氧化性能越好，可能是由于笏基团较大，使氧化剂不易进攻酰键。SPFEK质子交换膜的燃料电池性能如图2所示，在氢气与氧气的工作压力是0. 2MPa 时，电池在0.38V电压下，电流密度能达到0.64A/cm）随着气体工作压力的降低，燃 料电池性能变差，这是因为压力降低阻碍了反应气通过电极扩散层向催化层的传质，增 加了浓差极化。结论合成了EW值为521 g/meq,吸水率高达49. 0%的质子交换膜，其干湿膜的拉伸强度分 别44.4MPa, 18.8MPa,具有较强的抗氧化及抗水解能力,单池在0.38V电压下,电流密 度高达0. 64A/cm 参考文献1 Chen Y L, Meng Y Z, Hay A S, J. membrane Sci., Revise