PVA—PWA—Al2O3无机-有机复合质子交换膜的研究

以聚乙烯醇（PVA）、磷钨酸（PWA）和氧化铝（Al2O3）溶胶为原料，制备得到PVA—PWA—Al2O3无机-有机复合质子交换膜，测定了膜的电导率、含水率、溶胀度和甲醇透过系数等性质．测试结果表明，该复合膜具有较高的导电率和较好的阻醇效果，室温下测得电导率最高达到1．162S／cm，甲醇透过系数在10^-7cm^2／s左右．复合膜中PWA含量增加，膜的电导率、含水率、溶胀度和甲醇透过系数都有所上升；膜中Al2O3含量增加，膜的电导率、含水率、溶胀度提高，但甲醇渗透系数稍有下降．     

磺化聚苯醚-磷酸锆质子交换复合膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法将磺化聚苯醚(SPPO)与磷酸锆(ZrP)复合得到质子交换膜,重点考察了ZrP含量对复合膜含水率、溶胀度和质子电导率的影响,采用红外光谱和交流阻抗法表征SPPO-ZrP复合膜的微观结构和质子电导率。结果表明,SPPO-ZrP复合膜含水率和溶胀度都随着ZrP质量分数增加而逐渐减小,当ZrP质量分数为20%时,膜的含水率和溶胀度分别达到18%和2.1%。通过交流阻抗法对质子传导性能的表征结果显示,随ZrP质量分数增加复合膜质子电导率逐渐增大,ZrP质量分数20%的SPPO-ZrP复合膜质子电导率在室温下达到1.6×10-2S/cm。     

磺化聚苯醚-磷酸锆质子交换复合膜的制备与性能研究

开发价格低廉且性能优异的质子交换膜是目前燃料电池研究的热点.采用溶胶-凝胶法将磺化聚苯醚(SPPO)与磷酸锆(ZrP)复合得到质子交换膜,重点考察了ZrP含量对复合膜含水率、溶胀度和质子电导率的影响,采用红外光谱和交流阻抗法表征SPPO-ZrP复合膜的微观结构和质子电导率.结果表明SPPO与ZrP产生相互作用使SPPO结构发生变化.SPPO-ZrP复合膜含水率和溶胀度都随着ZrP质量分数增加而逐渐减小,当ZrP质量分数为20％时,膜的含水率和溶胀度分别达到18％和2.1％.通过交流阻抗法对质子传导性能的表征结果显示,随ZrP质量分数增加复合膜质子电导率逐渐增大,ZrP质量分数20％的SPPO-ZrP复合膜质子电导率在室温下达到1.6×10-2S/cm.     

SPPEK/PWA质子导电复合膜的制备与性能

以磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK)为基体,采用共混法制备了SPPEK/PWA复合质子交换膜。采用红外光谱、热分析与交流阻抗等方法对复合膜的结构和性能进行了研究,并与Nafion117膜进行了比较。结果表明,磷钨酸(PWA)的掺杂使得复合膜的吸水率和溶胀度增大,同时热稳定性能得到提高。复合膜在20℃时的质子电导率为0.67×10-2S/cm,接近Nafion117膜的质子电导率(1.08×10-2S/cm)。且随着温度的升高,电导率逐渐增大,最高可达1.18×10-2S/cm。此外,对复合膜不同方向上的电导率进行了测试,表明膜平面方向上的电导率(8.10×10-2S/cm)高于厚度方向上电导率(7.50×10-3S/cm)约一个数量级。     

PAMPS/PVA复合质子交换膜的电导率及阻醇性能

制备了聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(PAM PS)/聚乙烯醇(PVA)复合质子交换膜,并研究了膜的组成、甲醇水溶液浓度等对膜力学强度、电导率和甲醇渗透率的影响。实验发现,当PAM PS含量为50%时,此复合膜拉伸强度可达21.8 M Pa,电导率σ可达1.5×1-0 2S/cm,并且甲醇透过率P仅为9.8×1-0 8cm2/S。     

燃料电池用QCS键和层析硅胶膜的制备及其性能表征

以季铵化壳聚糖(QCS)和层析硅胶为原料,制备了不同硅胶含量的多孔膜。用傅里叶变换红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)对多孔膜的结构和形貌进行表征。同时,考察了层析硅胶的用量对多孔膜的含水率(WU)、溶胀度(SR)、机械性能和电导率的影响。结果表明,随着层析硅胶含量的增加,多孔膜的含水率、溶胀度和电导率均升高,但机械性能下降。当层析硅胶的用量为40%时,多孔膜的含水率高达816%,但是膜的溶胀度仅为189%,拉伸强度为5.6MPa,断裂伸长率为4.2%;在测试温度为70℃时,不同层析硅胶含量多孔膜的电导率数值分布在2.4~3.9×10~(-2)S/cm的范围内,且随硅胶含量的增加而增加。     

聚乙烯醇/[Nbmd]OH碱性复合阴离子膜的制备及性能

以吗啡啉与溴代十二烷为原料,合成新型[Nbmd]OH碱性双核离子液体,并将[Nbmd]OH引入聚乙烯醇(PVA)的铸膜液中,通过浇铸法制备了掺杂碱性离子液体的复合阴离子膜PVA/[Nbmd]OH。采用热重分析及扫描电镜对所制备的复合阴离子膜的热稳定性及形貌进行表征。同时考察了离子液体含量对PVA/[Nbmd]OH复合膜的含水率、溶胀性能、力学性能及电导率的影响。结果表明,离子液体含量的增加可提高PVA/[Nbmd]OH复合膜的含水率、溶胀度、电导率等。其中,当碱性离子液体质量分数为20%时,复合膜的综合性能达到最优,此时,膜的含水率和拉伸强度分别达到161.6%和23 MPa,在70℃时,膜的电导率为2.11×10~(-3)S/cm,表明碱性离子液体的引入,能明显改善膜的导电性能,但是拉伸强度受到了一定的影响。     

SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备出了SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜,对膜的离子交换容量(IEC)、平均当量重量(EW)、磺化度(SD)、吸水性、溶胀率、质子电导率、Tg进行了表征,此外,还对膜的结构进行了FT-IR、SEM表征,结果表明,所制得的掺杂2%～5%SiO2和3%PWA的SPPO复合膜在100℃、100%相对湿度时的质子电导率与Nafion-117?膜相近,有望作为质子交换膜使用。     

磺化PPEK掺杂磷钨酸混合膜的阻醇性及质子导电性能

磺化二氮杂萘酮结构的聚醚酮(SPPEK)与磷钨酸(PWA)的混合膜用两组分的DMAc混合溶液通过刮膜制备,对SPPEK/PWA膜进行了FTIR-ATR、表面形貌、质子导电性和甲醇透过性进行了研究.SPPEK/PWA膜的质子导率100%的相对湿度下80℃时质子导率为0.17S/cm,室温甲醇渗透系数为1.02×10-7cm2/s,比Nafion 117膜低20多倍.     

纳米氧化物/Nafion复合膜的制备与性能表征

分别以SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO等纳米氧化物为改性剂,采用流延法制得纳米氧化物/Nafion复合膜.XRD和ATR/FT-IR分析表明纳米氧化物在复合膜均匀分散,也没有发生团聚现象.对复合膜的质子传导和阻醇性能进行了测定,结果发现,纳米氧化物/Nafion复合膜具有较好的质子传导性能;阻醇性能均有较大幅度的提高,且以SiO2和TiO2改性的Nafion膜最为明显,甲醇透过系数分别从约10降低到约10-7和10-8数量级.这说明纳米氧化物/Nafion复合膜是一类较好的直接甲醇燃料电池用质子交换膜材料.     

PWA/silica/PFSA composite membrane for direct methanol fuel cells

A novel composite membrane was prepared by incorporation of silica-included phosphotungstic acid (PWA) additive into perfluorosulfonic acid (PFSA) followed by solution casting. Physico-chemical properties of the composite membranes were studied by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, thermogravimetry analysis (TGA), water uptake and swelling ratio. The results of FT-IR and TGA illustrated the stability of the PWA-silica additive in the PFSA matrix. Lower PWA-silica additive loading (2.5 and 5 wt%) in the composite membranes helped to inhibit methanol crossover and enhance the proton conductivity. However, higher additive content shows decrease in both methanol resistance and proton conductivity.     

SPPESK/SPEEK共混质子交换膜的制备与性能

以耐溶胀性能较好的磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)和吸水性较强的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,制备了SPPESK/SPEEK共混质子交换膜。考察了共混膜的水吸收率,水溶胀度,甲醇水溶胀度,甲醇渗透率及质子传导率和力学性能。80℃时,共混膜具有适当的水吸收(101%)和溶胀度(34%),较低的甲醇水溶胀度(20%),较高的质子传导率(0.212 S/cm),与SPPESK膜相比,质子传导率提高了18%。SPEEK的加入改善了共混膜的柔韧性,断裂拉伸应变从16.48%提高到30.43%。     

聚乙二醇/磺化聚苯醚质子交换膜的制备与性能研究

采用溶液共混浇铸法制备了一系列的聚乙二醇/磺化聚苯醚(PEG/SPPO)共混膜SPPO的红外光谱图显示了磺酸基团的成功引入;X-射线衍射图表明,加入柔性的聚乙二醇,SPPO的有序程度降低;膜的离子交换容量(IEC值)、质子传导率和吸水率等理化性能结果表明:PEG/SPPO共混膜的质子传导率和离子交换容量虽然较纯SPPO膜有所下降,但是最大也分别达到了1.80mequiv.g-1和0.061S/cm(PEG/SPPO=10/90,90℃),仍然可以满足质子交换膜的使用要求,而复合膜的吸水率和溶胀率较SPPO膜大幅降低。整体来说,复合膜的各项综合性质良好,有望应用于直接甲醇燃料电池。     

Membrane crystallinity and fuel crossover in direct ethanol fuel cells with Nafion composite membranes containing phosphotungstic acid

We report on the effect of the addition of phosphotungstic acid (PWA) in Nafion membrane on ethanol-crossover and the proton conductivity for DEFC application. A set of PWA–Nafion composite membranes (PWA 0, 5, 10, 15, 20 wt%) was prepared by solution casting and their microstructures, diffraction patterns, permeability, and proton conductivity were systematically characterized. The significant reduction in ethanol-crossover is observed with increasing PWA concentration in PWA–Nafion membranes, which is mainly attributed to an improvement in crystallinity of the membrane. PWA provides additional nucleation sites during solidification leading to higher crystallinity, which is supported by the membrane permeability tests. The proton conductivity of the composites is enhanced with PWA concentration until 15 wt% due to an increase in hopping pathways, while higher PWA of 20 wt% leads to a conductivity decrease possibly due to the excessive particle aggregations that limit ion transports. These PWA–Nafion composites were implemented in prototype DEFC devices as a membrane and the maximum power density achieved was 22% higher than that of commercial Nafion-117 device.     

磺化聚酰亚胺/SiO2复合膜的制备及其质子交换性能研究

制备了具有不同硅含量的磺化聚酰亚胺/二氧化硅(SPI/SiO2)复合膜,研究了SiO2的引入对复合膜的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性以及抗氧化和耐水解稳定性的影响规律,并对其质子传导率和甲醇渗透率进行了评价。结果表明,与商业化的Nafion115膜相比,复合膜表现出更优异的阻醇特性和选择透过性,其中SPI/SiO2-2复合膜具有更突出的高温质子传导特性。     

磺化聚芳醚酮砜/PVA复合质子交换膜的制备与性能

为了进一步提高质子交换膜在中高温时的质子导电率,文中以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混法制备了PVA不同含量的磺化聚芳醚酮砜/PVA复合膜。通过对复合膜的性能测试发现,PVA的引入提高了膜的热稳定性、吸水率和保水能力。而且SPAEKS/PVA复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,在80℃时,复合膜的质子传导率都在0.07 S/cm以上,能够满足中高温质子交换膜燃料电池的使用要求。     

直接甲醇燃料电池用磷酸掺杂PAN复合膜的研究

本文研究了聚丙烯腈-磷酸(PAN-xH3PO4)复合质子交换膜的结构、聚合物与酸之间的相互作用、甲醇渗透性能以及质子导电性能。结果表明。PAN-xH3PO4复合膜与Nation膜的甲醇渗透率相差不大。但是比聚丙烯腈膜的甲醇渗透率高两个数量级左右，而且随甲醇浓度增加而增加；PAN-xH3PO4复合膜具有较好的质子导电能力。电导率随频率(时间)的变化很小，其质子导电性能主要依赖于聚合物与酸的相互作用。     

Synthesis and characterization of poly(ether sulfone ether ketone ketone) grafted poly(sulfopropyl methacrylate) for proton exchange membranes via atom transfer radical polymerization

A series of copolymers of poly(ether sulfone ether ketone ketone) grafted poly(sulfopropyl methacrylate) (PESEKK-g-PSPMA) were successfully synthesized by atom transfer radical polymerization (ATRP) of sulfopropyl methacrylate (SPMA) after chloromethylation of poly(ether sulfone ether ketone ketone) (PESEKK) backbone. The structure of the chloromethyl PESEKK and the copolymers were carefully investigated. Variation of the polymerization time leads to the formation of copolymers with different degree of sulfonation (DS). The properties of the proton exchange membranes such as water uptake, ion exchange capacity, proton conductivity, and methanol permeability are studied with compared to those of Nafion 117 membranes and could be modulated simply by control of the ATRP time. The copolymers exhibited much lower methanol permeability and higher proton conductivity as compared with Nafion 117.