燃料电池用新型磺化聚（醚酮苯并咪唑）共聚物的合成与性能

作者：郭玉飞; 郭志海; 张崇印; 王文彬; 刘飞跃; 郭晓霞; 房建华^*

来源：功能高分子学报, 2020, 33(05): 473-482.

DOI：10.14133/j.cnki.1008-9357.20191230001

• 磺化聚(醚酮苯并咪唑)
• 质子交换膜
• 交联
• 燃料电池

通过两步反应合成了一种邻二氨基单体4-苯氧基-1,2-苯二胺(POPDA),并将它与4,4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)、5-氨基间苯二甲酸(APA)及3,3’-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸介质中进行无规共聚,合成了一种新型聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(PEKBI-x,x指POPDA在芳胺单体(POPDA和DAB)中的摩尔分数)。以发烟硫酸为磺化试剂,通过后磺化反应合成了相应的磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(SPEKBI-x)。利用SPEKBI-x结构中APA单元的侧氨基与交联剂1,2,7,8-二环氧辛烷结构中的环氧基团反应,制备了一系列磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物交联膜(SPEKBI-x-CL)。采用热重分析、拉伸测试、Fenton实验等研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、离子交换容量、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性及电池性能。结果表明:所制得的交联膜具有很高的离子交换容量(2.88～3.28 meq/g)、良好的力学性能和热稳定性,膜的质子电导率随着共聚物结构中POPDA单元含量的增加而增大。单电池初步测试结果表明:由SPEKBI-0.50-CL交联膜所组装的H2-O2单电池在80℃、80%相对湿度和100 kPa背压下的最大输出功率密度(PD, max)达到662 mW/cm2,高于由Nafion212所组装的H2-O2单电池在相同条件下的发电性能(PD, max=631 mW/cm2)。

• 单位
  化学化工学院; 上海交通大学; 上海航天设备制造总厂; 上海宇航系统工程研究所