磺化三蝶烯微结构对聚芳醚砜质子交换膜性能的调控机制研究

The low conductivity of membranes under high temperature and low humidity is one of bottleneck for application of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Aiming at the problem above, we intend to establish a high-performance membrane matreials system, which is based on functional poly (aryl ether sulfone)s (PESs) containing sulfonated triptycene groups. In this program, we plan to carry out research from the following aspects: First, controllable synthesis and properties of SPESs with different chain configuration (comb type or brush type) or the isomerism of side chain sulfonated triptycene groups, and the research of its applications in PEMs under high temperature and low humidity. Second, the research on the relationship between physicochemical structures of SPESs and the morphology of corresponding membranes, and it contains two key issues: 1) The influence of polymer chain configuration on the morphology of PEMs; 2) The influence of isomerism, number and distribution of side chain sulfonic acid groups on the morphology of PEMs. Finally, in view of the research results above, facile synthesis and properties of SPESs with pendant perfluoroalkyl sulfonic acid groups ,and its applications in PEMs under high temperature and low humidity. After the launching of this program, it is hopeful to solve the main problem hindering PEMs usage under high temperature and low humidity.

针对目前质子交换膜燃料电池实际应用的瓶颈之一—膜材料在高温低湿度条件下低导电率问题，拟构建基于新型功能化三蝶烯型磺化聚芳醚砜高性能质子交换膜材料体系。项目拟主要开展不同分子链构型（梳型和刷型）、侧链磺酸位置异构的三蝶烯型聚芳醚砜的可控合成、性质以及用于高温低湿度条件下质子交换膜材料的研究；聚合物的物理化学结构与膜微相分离结构之间关系研究。主要包含两方面内容：1）聚合物主链的构型（梳型和刷型）对膜微相分离结构的影响规律。2）聚合物中刷齿活梳齿（侧链磺酸）的位置异构、数目以及分布对膜微相分离结构的影响规律；以上述研究结果为指导，包含全氟侧链磺酸三蝶烯型聚芳醚砜的简便合成、性质以及膜各方面性能研究。通过项目的实施，有望在扩展和发展磺化芳香聚合物结构与膜微相分离结构结构之间关系研究理论的同时，解决目前质子交换膜材料所面临的高温低湿度条件下低导电率问题。

针对目前质子交换膜燃料电池实际应用的瓶颈之一—膜材料在高温低湿度条件下低导电率问题，构建了基于新型功能化三蝶烯型磺化聚芳醚砜高性能质子交换膜材料体系。项目主要开展了不同分子链构型（梳型和刷型）、侧链磺酸位置异构的三蝶烯型聚芳醚砜的可控合成、性质以及用于高温低湿度条件下质子交换膜材料的研究；聚合物的物理化学结构与膜微相分离结构之间关系研究。主要包含两方面内容：1）聚合物主链的构型（梳型和刷型）对膜微相分离结构的影响规律。2）聚合物中刷齿活梳齿（侧链磺酸）的位置异构、数目以及分布对膜微相分离结构的影响规律； .针对目前聚芳醚砜阴离子交换膜燃料电池实际应用的瓶颈-低导电率以及差的碱稳定性问题，本项目主要开展了以下几方面内容：1）建立了包含不同侧链环铵基团聚芳醚砜阴离子交换膜的制备方法。研究并揭示了不同侧链环铵基团对其材料基本物理化学性质对其相应的膜材料各方面性能的影响；2）建立了系列不同嵌段长度、包含不同侧链环铵基团聚芳醚砜阴离子交换膜的制备方法。研究并揭示了亲水-疏水嵌段长度对其相应的膜材料各方面性能的影响；3）建立了系列不同嵌段长度、包含不同侧链季铵基团聚芳醚砜阴离子交换膜的制备方法。研究并揭示了聚合物结构对其相应的膜材料各方面性能的影响。