代化 林立 张华民

(1.中国船舶重工集团公司第七一二研究所, 武汉 430064;2. 中国科学院大连化学物理研究所燃料电池研究室, 大连 116023)

聚苯并咪唑是一种碱性聚合物，能够与强酸如磷酸、硫酸杂化形成一种酸掺杂体系传导质子。磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜在高温条件下(＞120oC)使用时具有较高的质子电导率，并且电渗系数几乎为零，即质子在膜中的传输不依赖水分子，可使电池在高温低增湿或无外增湿的条件下运行，这些优点使得磷酸掺杂的聚苯并咪唑质子交换膜被广泛用于高温质子交换膜燃料电池（PEMFC）。20世纪90年代初至今，磷酸掺杂聚苯并咪唑质子交换膜得到了研究者的极大关注，使得聚苯并咪唑的研究出现了一个新的高潮。聚苯并咪唑的合成及膜的制备方法、酸掺杂膜的物理化学性能和电池性能等方面出现了大量文献。

本文简要地概述了磷酸掺杂聚苯并咪唑质子交换膜的制备方法，并以聚苯并咪唑的结构进行分类，综述了磷酸掺杂聚苯并咪唑膜的最新研究进展。

1 磷酸掺杂聚苯并咪唑质子交换膜制备

用于高温PEMFC典型的聚苯并咪唑的结构式见图1。全芳香杂环结构的聚苯并咪唑（图1ae）一般较难溶于极性有机溶剂中。目前已商业化的、分子量适中的mPBI(图1a)能够溶于二甲基乙酰胺（DMAc）/LiCl的混合溶剂，其他几种聚合物（图1b-e）则只能溶解于甲基磺酸、三氟乙酸等强酸性溶剂。含有C(CF3)2、砜基和醚键的聚苯并咪唑（图1f-h）由于极性基团和柔性链段的引入，溶解性得到改善，能够溶于二甲基亚砜（DMSO）、DMAc、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等极性有机溶剂中。……