中高温型磺化聚芳醚质子交换膜材料微结构的构筑及结构与性能关系的研究

为了解决传统的磺化聚芳醚质子交换膜材料在中高温（～120℃）工作时，质子传导率低、尺寸稳定性差等缺点。本文从聚合物微结构的构筑角度出发，以增强磺化聚芳醚分子链两亲性的手段来改善材料在中高温环境下的性能；设计了链段上连有高磺化密度亲水结构单元的磺化聚芳醚材料。研究磺化聚芳醚结构（磺化位置及磺化链段的大小）对材料性能的影响。研究聚合物内部亲疏水结构自组装行为，探讨亲疏水结构的形态和大小对构筑聚合物微观形态的影响。期望本项目的研究能够推动磺化聚芳醚材料在中高温燃料电池中的应用。

本项目圆满的完成了任务书的规定工作。完成了主链四磺化聚芳醚聚合物的设计及制备。研究主链四磺化聚芳醚聚合物的性能发现，四磺化聚芳醚具有低的水溶胀率和适中的质子传导率，同时薄膜材料具有高的机械强度。完成了侧链型磺化聚芳醚材料的制备及性能表征。设计了侧链型多磺化聚芳醚的制备路线，通过对聚合物中苯环的亲电反应活性的调控，通过后磺化过程中有效的将磺酸基团引入聚合物的侧链。通过对具有高亲电反应活性的多苯环单体的设计，以共聚和接枝的方法制备了分子结构不同的四个系列侧链多磺化聚芳醚聚合物。对四个系列聚合物的性能比较得知：疏水的主链中含有氟原子能够提高聚合物的尺寸稳定性，降低谁溶胀行为。主链和侧链之间引入柔性的脂肪短链，有利于材料亲水相的形成，进而提高质子传导率。对比五磺化聚芳醚和八磺化聚芳醚材料，发现在相同磺酸含量时聚合物侧链磺化密度越高，质子传导率越高，聚合物的力学性能越好，其原因是改善了聚合物微相结构之故。. 本项目的研究明确了主链和侧链型多磺化聚芳醚结构与性能的关系，解决了传统磺化聚醚醚酮材料谁溶胀和质子传导率难以平衡的问题，为高温低湿度环境的质子交换膜燃料电池电解质材料提供良好的选材。同时发表了8篇SCI论文，申请授权的中国发明专利4项。