n-芳基聚醚吲哚质子交换膜的制备与性能研究

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5、香型质子交换膜材料。然而，目前芳香型质子交换膜的研究所面临的一个主要问题是质子传导率与吸水膨胀及燃料渗透之间的平衡问题。提高质子传导率往往需要聚合物具有较高的磺化度，就难免会导致质子交换膜吸水量剧增，溶胀严重。这对于其组装与工作过程中的尺寸稳定性、燃料的隔离及机械性能等都会产生不利的影响。因此，如何制备兼具较高的质子传导率并且尺寸稳定、燃料渗透率低的新型质子交换膜仍是燃料电池的核心研究方向。为了获得质子传导率高、抗溶胀性能优异的新型质子交换膜材料，本研究拟把吲哚基团引入到聚合物链中，以期通过吲哚与H+之间的阳

6、离子-π相互作用的可控构建与解除实现类似磺酸基团的质子传输作用，以实现辅助质子传导的作用。另外，我们希望该阳离子-π相互作用能够增强质子交换膜分子链间相互作用，从而进一步提高目标质子交换膜抗溶胀性能。基于此，本研究首先以C-N/C-O偶联的方式，通过亲核取代共缩聚的方法成功制备了一系列不同磺化度的的N-芳基聚醚吲哚（SPEIN-x）。通过红外、核磁等方法对目标聚合物进行了结构表征，表征结果与目标产物吻合良好。采用浇铸的方法对SPEIN-x进行成膜并酸化，得到酸形式的质子交换膜材料。测试结果表明SPEIN-x质

7、子交换膜具有优异的质子传导率，其中SPEIN-50在80oC条件下可达0.1286S/cm，高于Nafion117。另外，SPEIN-x表现出优异的抗溶胀性能，在100oC高温条件下，吸水膨胀率仍低于42%，为高温下质子交换膜尺寸稳定性提供了保障。良好的尺寸稳定性赋予了SPEIN-x较低的甲醇渗透率，仅为Nafion117膜的1/35-1/12，并且薄膜表现出了优秀的机械性能，拉伸强度高于53MPa，可以满足质子交换膜的长时间应用需求。众所周知，相分离可进一步提高质子交换膜的质子传导率和抗溶胀性能，由西南科技

8、大学硕士研究生学位论文第II页此本研究成功制备了一系列亲水段含有吲哚基团的嵌段型质子交换膜，以期获得综合性能优异的嵌段型N-芳基聚醚吲哚质子交换膜。通过测试表明，嵌段型N-芳基聚醚吲哚质子交换膜具有更高的质子传导率，更好的尺寸稳定性。其中，X20Y20在80oC的质子传导率可达0.1406S/cm，是Nafion117的1.4倍。另外，在保持优异力学强度和抗甲醇渗透性能的同时吸水膨胀率低于22%。总