聚乙烯醇膜的阻醇及导电性能研究(Ⅰ)热处理聚乙烯醇膜

直接甲醇质子交换膜燃料电池（DMFC）中甲醇的穿透问题是阻碍其发展的瓶颈，为提高膜的阻醇性能，采用在渗透蒸发领域广泛使用且具有良好分离效果的聚乙烯醇（PVA）为原料，制备了热处理PVA膜，对其阻醇及质子导电能力进行了研究。PVA膜的阻醇效果较目前在DMFC中广泛使用的Nafion全氟磺酸膜的有明显提高。但其自身不具有质子导电能力。需外加电解质溶液以提高其电导率。     

燃料电池质子交换膜电导与阻醇性能测试方法研究

质子交换膜（PEM）是直接甲醇燃料电池（DMFC）的核心部件,而PEM的电导率和阻醇性能是决定PEM乃至DMFC性能的关键因素。采用自行建立的改进型交流两电极法测量磺化聚醚醚酮（SPEEK）材料PEM的电导率,采用扩散池和折光仪测试PEM甲醇透过性能。结果表明,这些测试装置简易可靠,数据重现性较好,膜的电导率测试对30℃至90℃之间不同的测试温度条件灵敏度较高,膜的电导率和甲醇透过性能测试对不同成膜材料和制膜溶剂均具有较高的分辨率。     

聚乙烯醇膜的阻醇及导电性能(Ⅱ)戊二醛交联聚乙烯醇膜

为提高直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜的阻醇性能，采用在渗透蒸发领域广泛使用且具有良好分离效果的聚乙烯醇(PVA)为主要材料，制备了戊二醛(GA)交联PVA膜，考察了此类膜的阻醇及质子导电能力。PVA(GA)膜的阻醇效果较目前在DMFC中广泛使用的Nation膜有显著提高，但其自身不具有质子导电能力，需外加电解质溶液以提高其电导率。     

溶剂对溶液法制备的SPEEK质子交换膜性能的影响

本文在聚醚醚酮(PEEK)磺化反应制备相同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)基础上,采用不同的溶剂通过溶液法制备一系列SPEEK质子交换膜,采取交流阻抗法、扩散池法和溶胀法分别评价其导质子能力、阻醇性能和溶液稳定性,探讨溶剂种类对SPEEK质子交换膜性能的影响规律.试验结果表明溶剂对所制备膜的导质子能力和阻醇性能影响依赖于溶剂分子与SPEEK中磺酸基团的相互作用,若存在越强作用,膜的导质子能力越弱,而阻醇性能越高.此外,溶剂种类对膜的吸水溶胀性能存在较小的影响,对膜表面的微孔形态存在明显的影响,并与膜的导质子能力及阻醇性能存在对应关系.综合比较不同溶剂制备膜的导质子能力、阻醇性能和吸水溶胀性能,DMAc是优于DMF和DMSo的制膜溶剂.     

新型燃料电池用质子交换膜研究进展

传统的全氟磺酸膜Nation、Dow质子交换膜、Flemion等目前在质子交换膜燃料电池中的应用最为广泛，但在高温条件下以氢或甲醇作为燃料的燃料电池中，其性能受到一定的影响，且这类膜价格昂贵，不利于推广应用，阻碍了燃料电池的商业化进程。因此，开发一种新型的价格低廉、性能良好的膜是推广应用此类电池的关键。本文简要介绍了目前各国研究的应用于高温条件下(100～160℃)质子交换膜燃料电池与直接甲醇燃料电池中的新型膜。对它们的质子传导率、甲醇渗透率等性能进行了分析比较。     

聚乙烯醇-聚丙烯酸共混膜的阻醇及质子导电性能研究

针对目前直接甲醇燃料电池 (DMFC)中普遍使用的Nafion系列全氟磺酸膜存在的甲醇穿透问题 ,制备了在渗透蒸发醇 -水分离领域有良好分离效果的聚乙烯醇 (PVA)和聚乙烯醇 -聚丙烯酸 (PVA -PAA)共混膜并研究了其阻醇和质子导电性能 .与Nafion1 1 7膜相比 ,PVA膜和PVA -PAA共混膜的阻醇性能有明显提高 ,其导电能力虽很大程度上依赖于外加电解质溶液 ,但PAA的混入使PVA膜材料的导电性能有了很大改善     

直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜

在回顾近年来直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜的发展历程基础上,分别综述了制膜材料SPEEK的合成和SPEEK质子交换膜的制备研究进展,重点总结了SPEEK质子交换膜的电导率和阻醇性能及其稳定性的影响因素和影响规律,其中包括制膜材料和溶剂以及工艺、SPEEK的共混改性、SPEEK的填充改性或多层复合结构的影响,进而分析了高性能SPEEK质子交换膜的开发研究前景.     

DMFC用磺化聚醚醚酮膜的制备及改性研究

用磺化聚醚醚酮(SPEEK)替代传统的Nafion膜制备直接甲醇燃料电池(DMFC)用质子交换膜,能降低甲醇渗透率,提高质子导率,从而提高电池性能。介绍了SPEEK膜的制备方法及其缺点,综述了SPEEK膜有机和无机改性的方法,并提出了SPEEK膜多元改性的新设想。     

磺化聚醚醚酮磺化度的测定及其对质子交换膜性能的影响

以聚醚醚酮（PEEK）和浓硫酸为原料,采用后磺化法制备不同磺化度的磺化聚醚醚酮（SPEEK）。采用核磁共振法测定SPEEK的磺化度,并研究了磺化度对SPEEK质子交换膜性能的影响。结果表明：磺化度高于80％的SPEEK会发生过度溶胀,而磺化度为48％～65％范围的SPEEK膜表现出较好的质子传导率、阻醇性能及抗吸水性能。     

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.     

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。     

DMFC用磺化聚醚醚酮/聚苯胺共混型质子交换膜的研究

磺化聚醚醚酮膜(SPEEK)是直接甲醇燃料电池(DM FC)用质子交换膜的候选材料之一,但是当温度和磺化度(D S)较高时,该膜在甲醇水溶液中溶胀非常严重,甚至溶解,其使用温度受到限制。将磺化度为50.11%的SPEEK和聚苯胺(PAN I)共混制膜,希望利用酸碱之间的相互作用对SPEEK进行改性。研究结果表明,PAN I的加入使SPEEK/PAN I共混膜的使用温度有较大提高,并且该膜还具有较高的电导率和较好的阻醇性能。     

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。     

Self‐Healing Proton‐Exchange Membranes Composed of Nafion–Poly(vinyl alcohol) Complexes for Durable Direct Methanol Fuel Cells

Proton‐exchange membranes (PEMs) that can heal mechanical damage to restore original functions are important for the fabrication of durable and reliable direct methanol fuel cells (DMFCs). The fabrication of healable PEMs that exhibit satisfactory mechanical stability, enhanced proton conductivity, and suppressed methanol permeability via hydrogen‐bonding complexation between Nafion and poly(vinyl alcohol) (PVA) followed by postmodification with 4‐carboxybenzaldehyde (CBA) molecules is presented. Compared with pure Nafion, the CBA/Nafion–PVA membranes exhibit enhanced mechanical properties with an ultimate tensile strength of ≈20.3 MPa and strain of ≈380%. The CBA/Nafion–PVA membrane shows a proton conductivity of 0.11 S cm^?1 at 80 °C, which is 1.2‐fold higher than that of a Nafion membrane. The incorporated PVA gives the CBA/Nafion–PVA membranes excellent proton conductivity and methanol resistance. The resulting CBA/Nafion–PVA membranes are capable of healing mechanical damage of several tens of micrometers in size and restoring their original proton conductivity and methanol resistance under the working conditions of DMFCs. The healing property originates from the reversibility of hydrogen‐bonding interactions between Nafion and CBA‐modified PVA and the high chain mobility of Nafion and CBA‐modified PVA.     

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%。     

质子交换膜的研究现状与进展

简述了质子交换膜燃料电池中质子交换膜的质子传导机理;讨论了目前质子交换膜存在的甲醇渗透、耐温性等共性问题,就如何解决这些问题进行了评述,同时,论述了质子交换膜的研究开发现状及其发展前景。     

A DNA‐Threaded ZIF‐8 Membrane with High Proton Conductivity and Low Methanol Permeability

Natural biomolecules have potential as proton‐conducting materials, in which the hydrogen‐bond networks can facilitate proton transportation. Herein, a biomolecule/metal–organic framework (MOF) approach to develop hybrid proton‐conductive membranes is reported. Single‐strand DNA molecules are introduced into DNA@ZIF‐8 membranes through a solid‐confined conversion process. The DNA‐threaded ZIF‐8 membrane exhibits high proton conductivity of 3.40 × 10^?4 S cm^?1 at 25 °C and the highest one ever reported of 0.17 S cm^?1 at 75 °C, under 97% relatively humidity, attributed to the formed hydrogen‐bond networks between the DNA molecules and the water molecules inside the cavities of the ZIF‐8, but very low methanol permeability of 1.25 × 10^?8 cm² s^?1 due to the small pore entrance of the DNA@ZIF‐8 membranes. The selectivity of the DNA@ZIF‐8 membrane is thus significantly higher than that of developed proton‐exchange membranes for fuel cells. After assembling the DNA@ZIF‐8 hybrid membrane into direct methanol fuel cells, it exhibits a power density of 9.87 mW cm^?2 . This is the first MOF‐based proton‐conductivity membrane used for direct methanol fuel cells, providing bright promise for such hybrid membranes in this application.