磷酸掺杂聚砜-聚乙烯吡咯烷酮高温质子交换膜的制备、结构与性能研究

高温质子交换膜燃料电池由于具有可以加快阴阳极动力学速度、提高阳极对CO的耐受能力、简化电池系统的水热管理系统等优点而逐渐成为PEMFCs的研究热点。但目前高温质子交换膜燃料电池的研究和发展受制于高温质子交换膜的性能。本课题拟采用高性能工程塑料（如聚砜、聚醚砜等）与聚乙烯吡咯烷酮通过共混的方式制备出均相共混膜，然后通过磷酸掺杂后处理制备出综合性能优异的高温质子交换膜（拉伸强度>10MPa,电导率达到0.05S/cm ）。通过对共混所得高温质子交换膜的组成、结构参数以及机械性能、电化学性能的研究，从微观尺度解析聚合物共混膜的组成、结构以及性能间的关系，进一步认清磷酸掺杂的酸-碱聚合物复合膜的高温导电机制，为新型高性能高温质子交换膜的设计、可控制备提供理论依据和技术指导。

基金课题21003007总体进展顺利，符合课题计划书的执行计划要求。首先通过热分析和化学稳定性测试完成了对制备高温质子交换膜交换膜材料的优选，找到了3-4种综合性能优良的聚砜类工程塑料和其他高性能聚合物如聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮。在上述基础上完成了共混膜制备条件探索和工艺条件的优化，制备出了系列综合性能良好的高温质子交换膜材料。研究了共混膜的聚合物组成、共混比例、微观结构对高温质子交换膜中磷酸吸附量、分布状态的影响以及磷酸与高温质子交换膜中功能高分子之间的相互作用关系。所知制备出的高温质子交换膜材料成功应用与高温质子交换膜燃料电池测试，并且展示出了优异的输出性能和良好的稳定性。研究结果表明：通过简单调节共混膜中两种聚合物的比例即可是实现对高温质子交换膜的质子电导率和机械性能的调控，聚合物共混是一种有效的制备综合性能优良的高温质子交换膜的方法。所制备的聚砜-聚乙烯吡咯烷酮复合膜是一类具有应用前景的高温质子交换膜材料。.结论：本项目通过聚砜等聚合物高分子链作为骨架，调控高温质子交换膜的高温尺寸稳定性，通过功能聚合物PVP来调控共混膜中的功能基团（N杂环和羰基O原子）的数量和分布状态，实现了对高温膜的质子导电性和机械性能综合调控的目标。解析聚合物共混膜的组成、结构与共混膜性能的关系，为制备新型高性能高温质子交换膜的可控制备提供了理论依据和技术指导，较圆满完成研究内容，达到研究技术各项指标。