含氟磺化聚醚碸质子交换膜之制备及性质分析.PDF

含氟磺化聚醚碸質子交換膜之製備及性質分析 廖渭銅* 、柯堡峰 南台科技大學化學材料工程所 E-mail:wtliao@mail.stut.edu.tw 摘要 :本研究旨在探討含三氟甲基族之磺酸化聚醚 等學者[3]主要利用單體合成聚醚碸之後，以二苯 碸 (Sulfonated Polyethersulfone,SPES)的製備方法及 甲酮當起始劑， UV 光照射(350nm 、400w)30 分鐘 性質分析。選擇雙酚 A(BPA) 、6氟 -雙酚 A 後，乾燥成膜磺酸化後得質子交換膜，並將其應用 (6F-BPA) 、4-氯苯碸 (4-CPS) 、4-氟苯碸 (4-FPS) 、氫 於質子交換膜燃料電池時顯示比未交聯的聚醚碸 醌 2-鉀磺酸鹽 (HPS) 等不同之單體組合行縮合聚合 有更好的耐化學腐蝕性，並且在質子傳導方面也有 反應，藉由改變不同的反應溫度、反應時間及氮 稍微的提升。此外，在電池性能方面，Yu-Seung Kim 氣、甲苯之添加等變數，以探討其對聚合物產率之 [4]等學者發現加入6F-BPA單體聚合出含三氟甲基 影響。結果發現，以 6F-BPA 、4-FPS 、HPS 、K2CO3 族之雙磺酸化聚芳醚腈在與 MEA 進行壓合時，可 為單體， 160℃ 6 hr通氮氣加熱攪拌為最佳條件， 促進膜與電極間之接合，因而使的電池在 0.5V時 可成功合成磺化聚合物，其重量平均分子量可達 3 比Nafion高出 50mA/cm2 性能，在甲醇滲透方面也 13 比Nafion低一半。；故本實驗擬選擇耐熱性及甲醇 萬，產率可達 48.04% ，且以FT-IR 、 C NMR 、 EDS 、GPC 等分析證實成功合成含氟磺化聚醚 阻透率高於聚芳醚腈之磺化聚醚碸借由其優異的 碸，再經過塗佈、酸化等步驟即得磺酸化的質子交 尺寸安定性、耐熱性質及吸水率等特性再引入六 換膜並比較其酸化前後之聚合物熱性質，發現酸化 氟雙酚 A單體合成含氟磺酸化聚醚碸以期能保有 前之聚合物其 T 5%為 459.77℃，酸化後之 T 5%則 上述優異性能外，同時更提升薄膜與電極之接合， d d 降至 428.12℃，可知酸化對聚合物之熱穩定性有降 達到電池性能上的提升。 低之影響。 實驗步驟 關鍵詞 質子交換膜、磺酸化聚醚碸、: 6氟 -雙酚 A 在進行聚合之前，預先將單體粉末置於真空烘箱中 以60℃真空乾燥一天，溶劑也以分子篩除水兩天。 取乾燥後的 6F-BPA 、4-FPS 、HPS及 K CO 、DMAc 前言 2 3 近年來，石油能源使用上漸漸不足，再加上溫室效 於三頸瓶中通氮氣以 160℃加熱攪拌 6hr ，待反應時 應，各國都積極尋找替代能源，而燃料電池無污染 間到達後將聚合液倒入甲醇中析出，以去離子水索 的優點及在技術上的突破性發展，使其在未來的日 式萃取純化聚合物，以固含量 13wt%塗佈於鋁盤 常生活中對綠色環境有重大的影響。在燃料電池中 中，放入水中待膜取出之後，再以 130℃真空乾燥 最受矚目者即為質子交換膜燃料電池，質子交換膜 10 min，160℃真空乾燥 1