燃料电池质子交换膜的研究现状

目前燃料电池质子交换膜的研究正引起人们越来越多的关注,质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件.较详细地介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,有机/无机纳米复合质子交换膜,新型无氟化质子交换膜的性能及最新研究状况,最后对其发展前景进行了探讨.     

有机/无机纳米复合质子交换膜的研究进展

通过有机/无机复合的方法可以得到聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中用的纳米复合质子交换膜,膜的工作温度、保水能力、机械强度、抗渗透性能和薄膜的综合性能都有大幅度的提高.本文评述了研究得较多的几类有机/无机纳米复合质子交换膜的性能特点及最新研究进展,提出了有机/无机复合质子导电薄膜材料的一些设计和制备原则.     

多面体低聚倍半硅氧烷在聚合物电解质膜中的应用进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁、高效的氢能源利用手段,是目前人类应对资源短缺、环境污染问题的重要途径,其关键部件质子交换膜(聚合物电解质膜)则是目前研究的热点。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子由于其热稳定性好、易于功能化等特点近年来应用于改性质子交换膜,显著改善提高了膜材料的力学性能和质子传导等性能而引起了较多关注。文中综述了POSS在燃料电池质子交换膜中的应用进展,重点阐述了POSS的作用机理,为有机/无机复合质子交换膜的研发与应用提供参考。     

燃料电池无机-有机复合质子交换膜的研究进展

燃料电池(Fuel Cell)是21世纪最有前途和发展潜力的清洁能源技术之一,质子交换膜(PEM)作为燃料电池的核心部件,对燃料电池的性能起到重要作用。鉴于全氟磺酸质子交换膜在高温低湿工作环境下所存在的缺点,制备低成本、高性能的无机-有机复合质子交换膜是一种有效的解决办法。以制备无机-有机复合质子交换膜的主要无机填料为分类依据,介绍了近年来国内外无机-有机复合质子交换膜的研究现状,综述了各类无机填料与复合质子交换膜的性能之间的关系,展望了无机-有机复合质子交换膜的未来研究方向。     

聚乳酸乙醇酸纤维增强全氟磺酸复合质子交换膜的研究

以具有良好亲水性的聚乳酸乙醇酸(poly-lactide-co-glycolide,PLGA)纳米纤维制备了Nafion/PLGA复合质子交换膜,其屈服强度、断裂强度和弹性模量达到10.5,19和147.8MPa,优于相同条件下的Nafion均质膜.Nafion/PLGA复合质子交换膜电导率达到0.053 S/cm,结构致密、单电池开路电压达到0.96 V,并在100～900 mA/cm2的欧姆极化控制区域呈现良好的性能.     

天然粘土矿物材料在质子交换膜中的应用进展

质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其应用温、湿度范围的重要途径之一。天然粘土矿物多为含水层状硅酸盐化合物,特殊的孔、层结构和纳米尺度赋予其较大的比表面积和表面效应,其表面和层间富含的羟基在提高复合膜机械强度的同时固定了传质介质,从而在复合膜中构建新的质子传导通道用以提高膜的性能。从纳米微观多个维度综述了不同类别粘土矿物的结构与性能,以及其在质子交换膜中的研究进展,对天然粘土矿物复合质子交换膜的研究进行了总结与展望。     

碳纳米管改性聚丙烯腈纳米纤维膜制备工艺及性能

聚丙烯腈(PAN)纳米纤维纸具有高孔隙率、三维连通等特点，其炭化后形成的碳纤维纸可应用于燃料电池质子交换膜中。提升PAN纳米纤维性能，有利于获得高质量碳纤维纸。文中采用碳纳米管(CNT)增强改性聚丙烯腈，通过静电纺丝制备CNT/PAN纳米纤维膜，研究了CNT的加入对纤维膜微观结构、热稳定性、导电性的影响。对纤维膜的扫描电镜照片、热稳定性等进行分析，结果表明CNT质量分数为2%时，纤维膜的孔隙率为86%、比表面积为21.1 m²/g；相较未加CNT的纤维膜的电阻下降40%，最大热分解温度提升了6℃。为后期制备电池用高性能碳纤维纸前驱体提供了支撑。     

基于壳聚糖的燃料电池用质子交换膜研究进展

壳聚糖是一种天然的聚电解质材料,具有成膜性能好、节能环保、电导率高和成本低廉等优点,因此被广泛应用在燃料电池用质子交换膜的领域。简要介绍了基于壳聚糖质子交换膜的研究现状,并展望了发展前景。     

燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜的研究

通过浓硫酸磺化法制备了具有不同磺化程度的磺化聚醚醚酮(SPEEK),并对此种质子交换膜进行了物化性能和H2／O2质子交换膜燃料电池性能研究,实验结果表明,SPEEK膜具有较理想的力学稳定性和气体渗透率,它的微观结构和质子传导性能与Nafion膜有所不同,经过其H2／O2质子交换膜燃料电池的性能研究,SPEEK膜能够保证电池在200h内稳定运行,有希望成为PEMFC用质子交换膜材料。     

燃料电池用含氟质子交换膜的研究现状

简要介绍了燃料电池的定义、分类及其特点.介绍了全氟磺酸质子交换膜中质子传输机理,按质子交换膜材料的不同,分类回顾了近年来全氟磺酸质子交换膜、部分含氟质子交换膜等领域的研究进展,并展望了今后的研究趋势.     

SiO_2/SPFEK质子交换膜的化学稳定性及导电性能研究

为提高磺化聚醚醚酮(SPFEK)质子交换膜的化学稳定性及质子传导率等性能,采用溶胶-凝胶法制备了SiO_2/SPFEK复合质子交换膜,利用扫描电子显微镜(SEM)对复合膜的微观形态进行了表征,并考察了不同SiO_2掺杂量对质子交换膜性能的影响.结果表明,纳米SiO_2能提高膜的质子传导率和氧化稳定性.当SiO_2掺杂质量分数为8%时,复合膜的质子传导率在80℃时为5.59×10~(-2) S/cm,且表现出良好的氧化稳定性等.     

聚苯并咪唑在高温质子交换膜燃料电池中的应用研究进展

简要介绍了一类高性能聚合物—聚苯并咪唑的制备方法及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用研究进展;阐述了磷酸掺杂聚苯并咪唑膜的质子传导机理,探讨了磷酸掺杂率对聚苯并咪唑膜的力学强度和质子导电率等性能的影响规律;并对今后磷酸掺杂聚苯并咪唑质子交换膜研究领域需要解决的关键问题进行了讨论.     

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能.本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用.     

高温质子交换膜的研究进展

高温质子交换膜能解决传统燃料电池电极催化剂CO中毒、复杂的水热管理等问题,成为当今燃料电池发展研究的焦点。结合质子交换膜的结构与性能之间的关系,分析了分子结构设计对膜性能的重要影响,总结了接枝型、复合型质子交换膜、新型耐热交换膜的研究现状。对有机/无机粒子复合膜材料,磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)、聚芳硫醚砜(PASS)等类型膜材料进行了评述,为高温质子交换膜的研究指明了方向。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的和绝缘电子的作用,其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命.从膜材料的角度分类,综述了质子交换膜燃料电池用主链含氟聚合物膜、元素有机聚合物膜以及芳香族碳氢化合物膜的特性和研究现状.     

PFSA/ PVDF同轴核壳纤维质子交换膜的性能研究

构建具有核壳纤维结构的同轴电纺PFSA/PVDF质子交换膜.同轴纤维中的PFSA壳层纤维提供长程质子传输通道及高电导率,PVDF核层纤维提供强机械性能及抗溶胀性,同轴纤维限域效应将核壳层纤维中PFSA组分粘合,增强了PFSA和PVDF的界面结合.与共混浇铸膜与单轴电纺膜相比,同轴电纺膜在低溶胀条件下,表现出更高的机械强度、质子传导率和电池性能.同轴电纺膜最大拉伸强度达60.8 MPa,相较于单轴电纺膜(39.1 MPa)提高55.5%;其最大拉伸应变为180.2%,比浇铸膜提高了122.5%.80℃下,同轴电纺膜的质子传导率高达206.9 mS/cm,与Nafion 211相当,其峰值功率密度为941.7 mW/cm²,比浇铸膜提高80.9%,比单轴电纺膜(748.9 mW/cm²)提高25.7%.同轴电纺膜也显示出优异的阻气、抗氧化性能.研究表明同轴电纺质子交换膜用于燃料电池具有更好的前景.     

纳米SiO2/SPFEK复合质子交换膜的制备及性能

以自制的磺化聚芴醚酮和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶凝胶(Sol-gel)法合成了掺杂纳米SiO2的复合质子交换膜,利用能量分散谱(EDS)线扫描、热失重分析法、扫描电镜对膜的结构、热稳定性、微观形态进行了表征。并考察了质子交换膜的各种性能。结果表明,纳米SiO2能提高膜的质子传导率和氧化稳定性能。当SiO2掺杂质量分数为9%时,复合膜的质子传导率在80℃时为5.96×10-2(S/cm),在80℃的Fenton’s试剂(3%的过氧化氢和2 mg/L的FeSO4)中进行氧化稳定性测试,膜在117 min时才开始碎裂,表现出良好的氧化稳定性。     

燃料电池用复合质子交换膜的研究进展

针对全氟磺酸质子交换膜成本过高的问题,主要通过制备低成本、高性能的无氟质子交换膜来解决;针对质子交换膜在温度高于100℃时,其质子电导率急剧下降的问题,主要通过制备聚合物/无机颗粒复合质子交换膜来解决.本文对聚合物/无机颗粒复合质子交换膜的国内外研究现状进行了综述,重点介绍了无氟聚合物/无机颗粒复合质子交换膜的制备方法及其性能特点,并对今后的发展方向进行了展望.     

燃料电池用全氟磺酸型复合质子交换膜的研究

本文评述了用于质子交换膜燃料电池的几种全氟磺酸型复合质子交换膜的研究情况。根据这几种膜的制备工艺 ,评价了它们的优、缺点 ,以及在燃料电池上的潜在使用能力和性能 ,预示了燃料电池用质子交换膜的发展方向     

新能源领域的质子交换膜研究与应用进展

质子交换膜作为燃料电池和液流电池的关键材料之一,近二十年来得到世界各国科学家的广泛关注和深入研究,先后研究开发出含氟高分子类、碳氢聚合物类、芳香烃聚合物类,以及有机/无机杂化材料的质子交换膜.在总结归纳这一领域的研究成果基础上,结合本课题组在液流电池领域的质子交换膜研究进展,论述质子交换膜技术在新能源技术领域未来若干年的研究开发重大需求,展望质子交换膜材料设计与可能的绿色合成技术路线.