文档介绍：磺化聚苯醚的合成及其膜的导电性能研究

(师范学院化生系化学专业徐丹)
(学号:2001125109)

摘要:本文以优良的工程塑料聚苯醚为基质、采用磺化反应制备了可传导质子的磺化聚
苯醚膜(SPPO)。对 SPPO 的合成条件、SPPO 膜的制备方法、SPPO 的性能与结构、SPPO 膜的导
电性能做了研究讨论。SPPO 的合成以***磺酸为磺化剂,通过返滴定法测定 SPPO 的离子交换容量
(IEC),并计算 SPPO 的磺化度(DS)。将 SPPO 制成电解质膜,应用热机械分析仪,在程序升
温条件下,运用不同的拉力对膜进行定向拉伸处理,在自制的电阻测试装置上进行电阻测定,并
计算出膜的电导率。同时,本文结合 FTIR、DSC、TGA、XRD 等测试手段对 SPPO 的结构及性能进
行表征。
关键词:质子交换膜燃料电池、质子交换膜、磺化聚苯醚、电导率
教师点评:该论文通过磺化反应对工程材料聚苯醚进行改性,引入磺酸基因,合成了能传导
质子的 SPPO 基质,研究了SPPO 膜的制备条件,制备了能用于聚合物电解膜燃料电池的质子传导
型固体电解质基质,应用相关仪器对 SPPO 膜进行了表征;并应用热机械分析仪对不同磺化条件
下合成的膜进行了系统的定向拉伸处理,测试拉伸作用对膜内部结构的影响,并从中找出膜的内
部结构与电导率之间的关系,获得了令人满意的结果。论文思路清晰,工作量大,是一篇优秀的
毕业论文。(点评教师:李翠华副教授)

一、前言
煤炭、石油、核能是全世界的主要能源。随着世界经济的飞速发展,特别是中国近 20 多年
来的经济飞速增长,大大增加了对能源的需求量。然而,化石燃料(或称初级能源)在地球上的
储藏量有限,根据已探明的储藏量和目前消耗水平,石油、天然气和铀只够使用 30~50 年,煤
可用 100~200 年。不仅如此,化石燃料的使用使得大量排放 CO2、NxO、碳氢化合物及硫化物等
污染物,导致温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境污染问题,严重危害人类的身心健康。因此,
开发新型清洁能源和保护环境已经成为人类社会发展所面临的最重要问题。
近期引起人们关注的是一种使用聚合物做质子交换膜的燃料电池。燃料电池(Fuel Cell)是
一种将化学能直接转化为电能的装置。它利用氢气、天然气以及甲醇等非石油类燃料与纯氧或空
气分别在电池的两极发生氧化还原反应,连续不断地对环境提供直流电。燃料电池被认为是继火
力、水力和核能发电之后有希望大量提供电力的第四种发电技术。
、聚合物膜燃料电池的优越性
燃料电池有多种,各种燃料电池之间的差别在于使用的电解质不同。目前世界上主要燃料电
池按所用电解质的不同可分为五大类:碱性燃料电池(AFC),一般以氢氧化钾为电解质;磷酸
燃料电池(PAFC),以浓磷酸为电解质;熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),以熔融的锂-钾或锂-
钠碳酸盐为电解质;固体氧化物燃料电池(SOFC),以固体氧化物为氧离子导体,如以氧化钇稳
定的氧化锆膜为电解质;质子交换膜燃料电池(PEMFC),以全***或部分***化的磺酸型质子交换
膜为电解质。
因为碱性燃料电池对CO2和N2十分敏感,故不适用于地面,早期将碱性燃料电池用于潜艇及汽
车的尝试已不再继续,目前碱性燃料电池主要用作短期飞船和航天飞机的电源。磷酸燃料电池、
熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池因工作温度高,启动时间长,主要用作洁静电站。质
子交换膜燃料电池是继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电
池之后正在迅猛发展的无噪音、无腐蚀、零污染、温度低、比能高、启动快、寿命长、应用广的
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第五代燃料电池。
质子交换膜燃料电池技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净
水并释放出电能的技术。质子交换膜燃料电池作为新一代能源技术应用十分广泛,凡是需要能源、
动力的地方都可以应用质子交换膜燃料电池,它在海、陆、空、天各领域均具有极其重要的应用
前景。
在军用潜艇方面,质子交换膜燃料电池潜艇因其噪音低,红外信号弱、机动灵活、具有极强
的“隐形”作战能力,即将成为继传统的柴油机潜艇和核潜艇之后的第三代潜艇。目前欧、美、
加等国已研制出小型质子交换膜燃料电池潜艇,并正在积极研制大型质子交换膜燃料电池潜艇。
在电动汽车方面,质子交换膜燃料电池可用作汽车和摩托车等交通工具动力系统。洁静的质
子交换膜燃料电池汽车已被公认为取代传统内燃机汽车的最佳选择,美国已将发展质子交换膜燃
料电池汽车作为减少能源消耗和控制环境污染的战略措施。目前,欧、美、加、日等国已相继研
制出质子交换膜燃料电池公共汽车、小客