聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展

介绍了质子交换膜的分类,综述了主链型聚砜质子交换膜、侧链型聚砜质子交换膜、无机掺杂复合型聚砜质子交换膜等聚砜类燃料电池质子交换膜的最新研究进展,全面阐述了磺化聚砜的形貌、结构对材料物理化学性能的影响,并展望了聚砜类燃料电池质子交换膜的发展前景。     

磺化聚苯醚质子交换膜的制备与性能研究

以氯磺酸为磺化剂制备了一系列不同磺化度的磺化聚苯醚(SPPO)膜,通过热重-红外联用分析、差示扫描量热分析、含水率测试、力学性能和电导率测试,探讨了SPPO膜作为质子交换膜用于燃料电池的可能性。结果表明,SPPO存在3个阶段的失重,分别归属于吸收的水分、磺酸基团及主链的降解,磺化之后热稳定性虽有所下降,但主链的降解温度基本保持不变,玻璃化转变温度明显升高;SPPO的含水率随着磺化度和温度的增加而增加;膜的拉伸强度则随着磺化度的增加而降低,且膜在湿态时的强度较干态时的要低,但与商业化的Nafion 112膜相比仍具有较高的强度;磺化度为40.1%的SPPO膜在室温下的电导率为1.16×10-2S/cm,与Nafion 112膜为同一数量级。     

DMFC用磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与性能

以一种磺化二胺单体2,2′-二磺酸基-4,4′-二苯醚二胺(S-ODA)与非磺化单体4,4′-二苯醚二胺(ODA),及二酐单体3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)为原料,采用高温一步法直接聚合,得到了一系列磺化聚酰亚胺(SPI)质子交换膜材料,并用红外光谱对聚合物进行了表征.通过改变聚合体系中磺化单体与非磺化单体的比例控制聚合物的磺化度,并研究了材料的组成对膜的电导率、吸水率等性能的影响。     

磺化聚苯并咪唑/磺化聚醚砜酸碱复合质子交换膜的制备与表征

为提高膜的尺寸稳定性和阻醇性能,以磺化聚苯并咪唑(S-PBI)与高磺化度聚醚砜(ABPS)两种聚合物为原料,采用溶液共混的方法,制备了系列酸碱复合质子交换膜。研究了复合膜的甲醇溶胀性、吸水率、甲醇渗透系数、质子传导率随S-PBI含量的变化规律。研究表明,随着S-PBI含量的增加,膜的阻醇性能和尺寸稳定性明显提高;同时,复合膜具有较好的质子传导率,有望应用于直接甲醇燃料电池。     

聚丙烯腈/磺化聚苯醚质子交换膜的制备和性能

采用溶液共混浇铸法制备了一系列的聚丙烯腈/磺化聚苯醚(PAN/SPPO)共混质子交换膜.结果表明,磺酸基团成功引入交换膜,共混膜有较好的相容性,没产生相分离,PAN/SPPO共混膜的吸水率和溶胀率明显降低,其热性能稳定.与纯SPPO膜相比,虽然英质子传导率有所下降,但都在10-2～ 10-3S/cm数量级范围内,究全可...     

一种新型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与表征

质子交换膜是质子交换膜燃料电池膜电极的核心部件之一,它的性能好坏对整个系统的运行起着至关重要的作用．目前在质子交换膜燃料电池中普遍采用的质子交换膜材料是全氟磺酸系列薄膜,这类材料具有较高的质子传导率、化学及机械稳定性,但用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时则存在甲醇渗透、导致燃料电池输出性能大大降低的问题     

含氟磺化聚芳醚酮质子交换膜的制备与性能研究

以六氟双酚A(6FBPA),4,4′-二氟二苯酮(DFBP)和3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氟二苯酮(SDFBP)为单体,调整单体DFBP与SDFBP的摩尔投料比,通过缩合共聚反应合成了一系列离子交换容量不同的含氟磺化聚芳醚酮共聚物(SPEK-6Fs)。采用红外(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)对共聚物的结构进行了表征,同时对所制备的质子交换膜的吸水率、尺寸稳定性、甲醇透过率、质子电导率及抗氧化性能等进行了一个综合的评价。结果表明:所合成的聚合物具有较高的分子量,可通过溶液浇铸成膜法制备成柔韧、透明的膜,所制备的膜具有良好的尺寸稳定性,在同等测试条件下,具有与杜邦公司Nafion 117膜相当的质子电导率,同时,其甲醇渗透率比Nafion 117膜低1~2个数量级。     

基于后磺化的萘磺酸型磺化聚砜质子交换膜的性能

以环氧氯丙烷（EPO）为试剂,通过烷基化反应在聚砜（PSF）主链引入环氧基团制备环氧化聚砜（OPSF）,紧接着OPSF与2萘酚6,8二磺酸钾（NSK）通过反应制备一种萘磺酸型侧链磺化聚砜（PSF-NS）,PSF-NS的化学结构用红外光谱（FTIR）和核磁氢谱（1H-NMR）进行充分表征。同时采用溶液浇注的方法制备相应的质子交换膜（PEM）,研究温度对PEM的性能包括离子交换容量、吸水率、溶胀率和质子传导率等的影响。结果表明,相比于一些主链型磺化芳香聚合物PEM,PSF-NS在高吸水率下保持很好的尺寸稳定性;随着温度的升高,PSF-NS膜的吸水率、溶胀率和质子传导率增大,其中PSF-NS-4（磺酸基团键合量为1.43 mmol/g）在25 ℃和85 ℃的吸水率分别是29.6 % 和43.1 %,相应的溶胀率是25.2 % 和 56.2 %,甲醇渗透率为16.8×10-7 cm2/s,甲醇渗透率低于Nafion115膜在相同条件下的性能。     

苯磺酸型侧链磺化聚砜质子交换膜的制备及性能研究

以环氧氯丙烷为小分子试剂,通过烷基化反应将环氧基团引入双酚A型聚砜(PSF)主链,制备侧链含有环氧基团的改性聚砜(OPSF),以OPSF为基础制备苯二磺酸型磺化聚砜(PSF-BDS),通过红外、紫外吸收光谱和核磁氢谱表征化学结构,通过溶液浇注法制备了相应的薄膜,探索了膜材的性能与温度之间的关系。结果表明:PSF-BDS被成功制备,亲水基团远离PSF主链,利于微相分离结构的形成,使之在高磺化度下的尺寸稳定性好。在25～85℃的温度范围内,该质子交换膜的吸水率(WU)、吸水溶胀性(SW)和质子传导率与温度呈线性关系,PSF-BDS-3(磺酸基团键合量为1.45 mmol/g)膜在室温和85℃的SW仅为25.5%和46.6%,相应甲醇渗透率(DK)仅为10.53×10~(-7) cm~2/s,在相同条件下,性能优于Nafion115(16.8×10~(-7) cm~2/s)和Nafion117(23.8×10~(-7) cm~2/s)。     

六元环型磺化聚酰亚胺类质子交换膜

磺化聚酰亚胺是一类很有希望在燃料电池中获得应用的质子交换膜材料。本文对近年来六元环型磺化聚酰亚胺的制备、磺化聚酰亚胺质子交换膜的各项性能做了一定的归纳与分析。重点介绍了耐水性、耐久性、离子交换容量、质子电导率四个方面的测试方法及影响因素,指出目前存在的问题并预测了今后重点研究的方向。     

磺化聚磷腈类质子交换膜研究进展

保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于环境友好,近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,磺化聚磷腈由于具有质子传导率高,稳定性能好,成本较低等优点可以作为质子交换膜的备选材料。本文主要综述了磺化聚磷腈类质子交换膜在燃料电池质子交换膜方面的研究进展,详细介绍了此类质子交换膜的制备和表征,同时对其应用前景做了评论和展望。     

磺化芳香聚合物复合质子交换膜

磺化芳香聚合物与其他聚合物共混制备复合膜是改善磺化芳香聚合物质子交换膜性能的一种有效方法。就最近几年来碱性聚合物及其他聚合物与磺化芳香聚合物复合的研究现状进行了分析，对其中存在的问题进行了阐述。     

一种新型的燃料电池用质子交换膜--磺化聚酰亚胺膜

综述了磺化聚酰亚胺作为质子交换膜燃料电池中膜材料的研究概况。介绍了其制备方法,总结了磺化聚酰亚胺结构对膜性能的影响。重点讨论了提高磺化聚酰亚胺质子交换膜电导率的途径和影响水解稳定性的因素,结果表明：纳米孔和相分离结构有助于提高质子电导率;磺化聚酰亚胺的水解稳定性不仅与吸水率有关,还与分子链的柔性和二胺单体的碱性有关。     

磺化聚芳烃质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池是21世纪最清洁的能源之一,质子交换膜是其核心组件,目前商业化的质子交换膜存在着成本高、无法高温操作、甲醇渗透率高等缺点,因此开发新型低成本,高性能的聚芳香烃质子交换膜的研究热点之一。本文介绍了聚芳烃质子交换膜的改性方法及产生的效果。     

磺化聚醚砜质子交换膜的制备及性能研究

以浓硫酸为溶剂、氯磺酸为磺化剂对聚醚砜（PES）进行了磺化，采用氢核磁共振谱（^1H NMR）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）及热重分析（TGA）对磺化聚醚砜（SPES）进行了表征，证实PES得到了磺化。制备了一系列不同磺化度的SPES膜，测试了膜的接触角、含水率和电导率。试验结果表明，SPES具有良好的热稳定性；随着磺化度的增加，膜的亲水性能增加，膜的电导率增加。当SPES膜的磺化度达到37．0％（摩尔分数）时，SPES膜在室温下的电导率与商业化的Nafion 112膜的电导率相当。     

SPEEK/改性MWCNT复合质子交换膜的制备与性能

制备了带有柔性有机侧链的改性碳纳米管(MWCNT-G),并与磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混制得复合膜。扫描电镜(SEM)分析结果表明,MWCNT-G比原始MWCNT在SPEEK中分散更均匀。在1%的掺杂比例下对比分析了SPEEK/MWCNT膜及SPEEK/MWCNT-G膜的质子传导率、吸水率、溶胀度、机械性能、化学稳定性、热稳定性等。SPEEK/MWCNT-G膜未降低吸水率却降低了溶胀度,在机械强度及稳定性上均有所提高。SPEEK/MWCNT-G膜质子传递阻力更低,60℃时其质子传导率达0. 086 S/cm,是SPEEK/MWCNT膜的1. 46倍、SPEEK膜的1. 72倍。该方案使MWCNT与SPEEK相容性差的状况得以改善。     

磷酸化二氧化硅填充磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及表征

制备了两种磷酸化改性的介孔二氧化硅亚微米球形颗粒,分别为仅外表面接枝磷酸根基团的颗粒(PMPS-Ⅰ)和内外表面均接枝磷酸根基团的颗粒(PMPS-Ⅱ)。颗粒具有均一的尺寸和规则排布的六面体一维贯通孔道。将制备的二氧化硅颗粒与磺化聚醚醚酮(SPEEK)溶液共混制备杂化膜。与填充PMPS-Ⅰ的杂化膜相比,填充PMPS-Ⅱ的杂化膜显示出较好的质子传导性能。当PMPS-Ⅱ的填充量为5%(质量)时,杂化膜在60℃、100%相对湿度下最高质子传导率为0.241 S·cm^-1。研究结果表明,连续贯通的质子传递通道有助于提高杂化膜的质子传导率。     

用于质子交换膜的高质子传导率聚合物研究进展

质子传导率超过Nafion膜的质子交换膜是近年来研究的焦点。质子交换膜的质子传导率与它们的IEC值和形态有关。形成离子通道是开发高质子传导率的质子交换膜的一种有效方法。形成离子通道主要有3种:1)用嵌段共聚物的微相分离;2)侧链和支链磺化的聚合物;3)局部区域的高密集磺化。此外,与无机纳米材料形成纳米复合材料的质子交换膜也能提高质子交换膜的质子传导率及质子交换膜的机械强度、尺寸稳定性、耐氧化稳定性等性能。综述了关于用于高质子传导率的燃料电池质子交换膜(PEM)的聚合物的研究进展。对高质子传导率的燃料电池膜聚合物的发展趋势进行了展望。     

新型细菌纤维素基阻醇质子交换膜的制备及表征

以凝胶贴附法,在Nation膜两侧贴附细菌纤维素（BC）膜,制备出BC／Nation／BC夹心复合膜,以期结合Nation膜的良好导电性和BC膜的优秀阻醇性,制备新型阻醇质子交换膜。利用扫描电镜、热重分析对其形态结构和热稳定性进行研究,并对夹心膜的尺寸稳定性、质子传导率和甲醇渗透率进行表征。结果发现,复合膜的夹心结构紧密,热稳定性良好,尺寸稳定性比市售的Nation膜有很大改善,提高了43％。夹心膜的质子传导率随温度的升高明显上升,虽略低于Nation膜,但是甲醇渗透率明显降低一个数量级,阻醇性能得到了很大改善。组装成电池后,单电池开路电压达到922mV,最大发电功率密度为7．2mW／cm^2。该结果表明夹心复合膜作为新型质子交换膜应用于直接甲醇燃料电池中具有很大潜力。