磺化SBS质子交换膜的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文磺化SBS质子交换膜的研究姓名：杨新胜申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：潘牧2003.5.1——些堡些!．叁鲎堡!：兰壁追苎一⋯—一摘要燃料瞧池是一摹申将德存在燃料鞠氧化剂中的化学毙，照接转化为电熊的装茕。质子交换膜燃辩电池鬣继碱性燃料电池、磷酸燃料电液、熔融碳酸赫燃料电浊和固体氧化物燃料电溅之后发腿起来的第五代燃料电法。质予交换膜(ProtonExchangeMembrane)跫质予变换膜燃辩电浊驰关键奎事料之一。商业化的全氟磺酸膜成本过离，替代麒的研究开发已经成为必然。基予对全氟磺酸膜结构与穗能

2、藕溺内外关予全氟礅酸膜的骛代膜的分析，我们对嵌段聚合物作为质子交换膜材料进行了搽索性的研究。本文鼹己酝酸酸貉擞磺化刘，对聚(苯乙爝～丁二爝一苯乙爝)三嵌段共聚物(PolyStyrene-PolyButadiene—PolyStyrenecopolymer，SBS)遴行磺化敬性，台成一嵇瓤的质子交换材糨(SulfonatedSBS，S-SBS)。通过对不同磺化度的质子交换膜的电性能、啜东率、溶胀率以及热稳定性等性能进行了研究，表明磺化SBS膜具有了比较好豹质子传导能力，吸水率与溶胀率落麓满晟燃秭电池的工{乍需求。研究也发现，磺忧后

3、膜姻存在强度不高，予态膜较脆等间题。通过研究磺化反应的动力学和对磺化产物的分桥测试，疆蛙i磺仡箴生在聚丁二烯的双键上新观点。这也楚磺化后的膜变脆的原因。热稳定分析表明磺化盾的SBS热稳定性有繇下降。德其在低温燃料泡漶中瓣霄一定的应露价毽，40℃荦电洮功率达到0．138Wtcm2。针对S-SBS腻强度较低和干膜较脆的闯题，通过复合玻璃纤维毡制螽了纤维爱合磺他SBS艨。纾维复合S—SBS膜与来复合的S—SBS膜妇院，力学性能提高近200％，而电黼增加缀小，并髓还可以降低S-SBS膜的港胀率，增掘腹的尺寸稳定性。扫攒电镜表明纾维与树脂

4、结合紧密，纤维很爵地起到了增强的作t}}i。电池顶l试实验衰嘲复合S，SBS膜，在40℃的温度F，功率密度珂以达到0．140W／cm2。武汉理下人学坝}j掌{盘论义文中还通过逑翦电镜磷究了S-SBS袋中豹徽榴分离结褥。逐过碣OsOa对双键染色，比较了SBS与S-SBS在磺化时后聚苯己烯相和聚丁二爝撩戆微稳分离结梅鹃麓薅，滋镄磺纯改变了SBS豁微蕊结构。通过Ag+的黼换反应，把卜S03H]置换为【-S03Ag]，成接观察到了离子簇的存在形式，攘讨了疼子藏泡影戏裁理，在此蘩礁上褥出了骥中疆有离子簇又有多熏离予对存在的结论。关键词：质

5、予交接骥，磺纯，SBS，笈合搂，离子簇II!!坚些!：查兰丝!：堂竺堕兰——ABSTRACTFuelcellisaninstrumentwhichconveysthechemicalenergyoffuelandoxidamtoelectricitydirectly．Protonexchangememebranefuelcell(PEMFC)isthefifthgenermionoffuelcellafterthealkalinefuelcell，phosphorousfuelcell，moltencarbonatefuelce

6、llandsolidoxidefuelcell．ProtonexchangemembranesarekeymaterialsforPEMFC．Itisnecessarytodevelopsubstitudemembranesforperfluorosulfonicmembranesbecauseofhighcost．Aresearchofblockcopolymersasprotonexchangematerialswasproposedinthisthesisbasingontheanalysisoftherelationsh

7、ipbetweenthestructureandperformanceoftheperfluorosulfonicmembranesandthestatusofresearchforsubstitudemembraneshomeandabroad．AnovelprotonexchangematerialwasfabricatedthroughsulfonatingthePolyStyrene—PolyButadiene—PolyStyrenecopolymer(SBS)bytheacetylsulphate．Thepropert

8、iesofthemembranessuchasprotonconductivity,wateruptake，swellingdegreeandthermalstabilityweremeasured．ResultsshowthatthesulfonatedSBS