基于巯基改性磺化海泡石与聚（2,5-苯并咪唑）原位复合的宽温域用质子交换膜

张肖肖^1,2，谭浩东¹，陈匡胤¹，周正¹，付旭东^1,2，张荣^1,2，胡圣飞^1,2，赵锋^2,3，李骁^2,3，刘清亭^1,2

1. 湖北工业大学材料与化学工程学院2. 湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室

摘 要：天然海泡石经微波辅助酸活化和巯基偶联剂改性得到磺化海泡石,然后原位合成制备燃料电池宽温域用聚（2,5-苯并咪唑）/磺化海泡石（ABPBI/S-Sep）复合质子交换膜。研究了海泡石改性前后结构变化,以及S-Sep粒子的加入对复合膜的微观形貌、结构、力学性能、吸水固酸能力以及高、低温下质子传导性能的影响。研究发现,海泡石粒子经微波辅助酸活化处理后产生了解纤维化,磺化改性提高了其与聚合物相容性;S-Sep纤维状粒子均匀分散在ABPBI基体中可诱导聚合物分子链取向排列,从而提高复合膜的力学性能,其特有的纳米通道结构及高比表面积显著提高了复合膜的吸水率和固酸能力。在相似磷酸（PA）掺杂水平下,复合膜在40～180℃宽温域下的质子传导率和峰值功率密度均高于ABPBI膜,并且磷酸掺杂水平为1.85的复合膜在90℃以下,60%和98%RH时质子传导性能以及80℃、0%RH时单电池性能均与Nafion 212相当,表明低磷酸掺杂水平下的S-Sep改性ABPBI复合膜具备从低温到高温且不控制湿度的宽温域使用优势,可拓展基于PA掺杂聚苯并咪唑类膜材料的使用温度范围。

关键词：海泡石;磺化;聚（2,5-苯并咪唑）;质子交换膜;质子传导率;宽温域;