磺化聚芳醚酮砜/TiO2复合质子交换膜的制备与性能

为了满足高温燃料电池对质子交换膜的要求,通过溶胶共混法制备了掺有不同含量TiO2纳米粒子的磺化聚芳醚酮(SPAEKS)/TiO2复合膜。红外光谱证实TiO2被引入到SPAEKS共聚物中。扫描电镜(SEM)照片显示,纳米级的TiO2粒子能够均匀地分散在SPAEKS共聚物基体中。通过对复合膜的性能测试发现TiO2的引入,复合膜的热稳定性、吸水率、保水能力及阻醇性能都有所提高。而且SPAEKS/TiO2复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,并在高温时尤为明显,能够满足高温燃料电池的需要。     

磺化聚芳醚酮酮的制备及磷酸硼复合膜的性能

通过亲核缩聚反应合成含二氮杂萘酮结构的磺化聚芳醚酮酮(SPPEKK),并经原位复合制备了磺化聚芳醚酮酮/磷酸硼(SPPEKK/BP04)复合质子交换膜.用核磁共振谱(1H-NMR)和FT-IR光谱表征纯膜及其复合膜结构,研究了BPO4的含量对复合膜的保水能力、热稳定性能、质子传导率以及复合膜中BPO4稳定性能的影响.结果表明,随着BPO4含量的增加,SPPEKK/BPO4的复合质子交换膜质子传导率逐渐增大.当BPO4含量达到30%时,质子传导率达到6.3×10-2S/cm(90℃).用原位生成法制备的SPPEKK/BPO4在保持一定尺寸稳定性和热稳定性的前提下,膜的导电性能明显改善.     

磺化聚芳醚酮砜的热降解动力学

通过热重分析仪(TGA)对作为质子交换膜材料使用的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)进行了热性能研究.采用不同的升温速率,分别用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法研究了不同磺化度的SPAEKS在氮气氛围下磺酸基团完全脱落前的热降解动力学.研究表明,通过Kissinger方法计算得到SPAEKS的活...     

用于直接甲醇燃料电池的磺化聚芳醚酮砜/聚偏氟乙烯复合膜的制备与性能

通过共混的方法制备了磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)与聚偏氟乙烯(PVDF)复合型质子交换膜。红外光谱(FT-IR)表明复合膜中存在C-F和O=S=O收缩振动峰。X射线衍射(XRD)结果表明,随着PVDF含量的增加,PVDF的结晶峰明显增强。扫描电镜照片显示,当PVDF含量低于20%时,有细小的晶体颗粒均匀分布在膜的表面,而当PVDF含量高于20%时,复合膜的表面和断面都有微孔存在。热重分析(TGA)证实PVDF的引入提高了膜的热稳定性。PVDF质量分数为15%的复合膜在25℃时的质子传导率保持在0.055 S/cm,而甲醇渗透系数降低到2.28×10-7cm2/s,能够满足直接甲醇燃料电池的需要。     

磷钨酸/磺化聚芳醚酮砜复合型高温燃料电池用质子交换膜

为了满足高温质子交换膜燃料电池使用要求,采用溶液铺膜法制备了磺化聚芳醚酮砜(SPAEEKS)与磷钨酸(HPA)复合型质子交换膜。红外光谱证明磷钨酸中的桥氧原子和端氧原子与磺酸基团形成了强烈的相互作用。扫描电镜照片显示磷钨酸粒子能够均匀地分散在聚合物的基体中。磷钨酸的引入提高了复合膜的热稳定性 ,含有 30wt%HPA、SPAEEKS磺化度为0.8的复合膜(HPA30/SPAEEKS-0.8)的玻璃化转变温度达到236℃,质量损失5%时的热分解温度达到了299℃。在相同测试条件下,HPA30/ SPAEEKS-1. 0在80℃时质子传导率高于Nafion 117,而且在120℃ 达到了0.098S/cm。结果表明,HPA30/SPAEEKS-1. 0 有望在高温质子交换膜燃料电池中得到应用。     

磺化聚芳醚酮砜中磺酸基团的降解动力学

采用不同升温速率,对作为质子交换膜材料使用的磺化聚芳醚酮砜(sPAEKS,磺化度为0.8)共聚物在不同气氛中进行了热重分析.研究表明,SPAEKS在空气中更容易完成高分子主链的完全断裂.分别用Kissinger和FIynn-Wall-Ozawa方法对SPAEKS中磺酸基团进行了降解动力学研究,得到其活化能E、指前因子A...     

Preparation of sulfonated poly (phthalazinone ether ketone ketone) and properties of the composite membranes SPPEKK/BPO4

通过亲核缩聚反应合成含二氮杂萘酮结构的磺化聚芳醚酮酮(SPPEKK), 并经原位复合制备了磺化聚芳醚酮酮/磷酸硼(SPPEKK/BPO₄)复合质子交换膜. 用核磁共振谱(¹H--NMR)和FT--IR光谱表征纯膜及其复合膜结构, 研究了BPO₄的含量对复合膜的保水能力、热稳定性能、质子传导率以及复合膜中BPO₄稳定性能的影响. 结果表明, 随着BPO₄含量的增加, SPPEKK/BPO₄的复合质子交换膜质子传导率逐渐增大. 当BPO₄含量达到30\%时, 质子传导率达到6.3 ×10^-2 S/cm(90℃). 用原位生成法制备的SPPEKK/BPO₄在保持一定尺寸稳定性和热稳定性的前提下, 膜的导电性能明显改善.     

掺杂纳米SiO_2磺化聚芴醚酮腈质子交换膜的制备及性能研究

以正硅酸乙酯和磺化聚芴醚酮腈为原料,采用溶胶-凝胶法合成了纳米SiO_2/磺化聚芴醚酮腈复合质子交换膜,利用扫描电镜对膜的微观形态进行了表征,并考察了SiO_2含量对膜的吸水率、质子传导率、抗氧化性和尺寸稳定性等性能的影响。结果表明,纳米SiO_2能提高膜的质子传导率和抗氧化性能。当SiO_2掺杂量为10%(质量百分数)时,复合膜的质子传导率在80℃时为6.26×10-2(S/cm),在80℃的Fenton's试剂中表现出良好的氧化稳定性。     

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%。     

燃料电池用磺化聚芳醚酮质子交换膜改性的研究进展

概述了近几年来燃料电池用磺化聚芳醚酮质子交换膜改性的研究进展,分别从共混法和有机/无机杂化法等两个方面总结了磺化聚芳醚酮质子交换膜改性的研究结果,并展望了今后的研究趋势。     

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1.162 S/cm,甲醇透过系数在10-7cm2/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.     

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。     

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.     

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。     

面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景,开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊,作为原料的H₂、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件,需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此,首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM),将其加入Nafion溶液中混合均匀,利用溶液浇铸法制膜,探索并优化了PAAAM的加入量;随后,对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征,并进行电池输出性能测试;最终结果表明:Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H₂的条件下,最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时,Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H₂、空气流量分别为0.1 L·min?1和0.55 L·min?1时,采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm?2。      

氧化石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物复合质子交换膜的制备与性能

通过共混的方法制备了含笼型聚倍半硅氧烷(POSS)星型拓扑结构嵌段共聚物的氧化石墨烯(GO)/笼型聚倍半硅氧烷-(聚甲基丙烯酸甲酯-共聚-磺化聚苯乙烯)(POSS-(PMMA₂₆-b-SPS₁₅₆)₈)复合质子交换膜。通过研究复合质子交换膜的离子交换容量(IEC)、质子传导率、吸水率与溶胀率,考察了GO含量对复合质子交换膜性能的影响。研究发现:复合质子交换膜的离子交换容量随GO含量的增加而升高,吸水率和溶胀率随着GO加入而降低,在测定温度范围内复合质子交换膜均表现出较高的尺寸稳定性,GO的添加改善了纯聚合物膜在80℃失水导致传导率下降的问题,提高了质子交换膜的质子传导率,发现在相对湿度为100%、80℃时,GO含量为0.3wt%的复合质子交换膜的质子传导率约为纯聚合物膜的3.2倍。      

Synthesis,characterization of novel silicotungstic acid incorporated SPEEK/PVA-co-ethylene-based composite membranes for fuel cell

Sulfonated polyether ether ketone (SPEEK) is prepared by the sulfonation of polyether ether ketone (PEEK). Five of the composite membranes (PSW1–PSW5) with various percentage compositions of the SPEEK, PVA-co-ethylene, and silicotungstic acid (SWA) were prepared. The prepared composite membranes were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis (TGA). Surface morphology of the composite membranes was analyzed using scanning electron microscopy (SEM). Other evaluations related to conductivities (ion exchange capacity, IEC), proton conductivity), absorptivity (water and methanol absorption), durability and mechanical properties (tensile strength and percentage elongation) were also evaluated for the composite membranes. Among the five composite membranes, composite membrane with higher SWA content, PSW5 (which has 10% SWA) showed more conductivity compared to other membranes. These composites also showed very good conductivities, mechanical properties, and durabilities. Hence, these composite membranes have the potential to be used in the development of newer proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs).     

聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯质子交换膜的制备与表征

采用热诱导溶液聚合和相转移技术,制备了新型聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯(PVDF-SPS)质子交换膜。采用X射线衍射光电子能谱(XPS)、环境扫描电镜(ESEM)和红外光谱(FT-IR)对PVDF-SPS质子交换膜进行了表征,研究了质子膜的吸水率、质子传导率和甲醇渗透系数。结果表明,PVDF-SPS质子膜具有优良的亲水性能,较高的质子传导率和较低的甲醇渗透系数。PVDF-SPS质子交换膜在25℃的质子传导率和甲醇渗透系数分别为2.93×10-2S/cm和8.61×10-8cm2/s,其质子传导率与甲醇渗透系数比值为3.40×105S.s/cm3,超过Nafion-117膜的20倍。     

Studies on transparent and solid proton conductors based on NH4H2PO4 doped poly(vinyl alcohol)

A novel transparent and anhydrous proton conductor, which can be used in solid electrochromic device (ECD), was prepared by mixing poly(vinyl alcohol) (PVA) with ammonium dihydrogen phosphate (NH₄H₂PO₄). X-ray diffraction, differential scanning calorimeter (DSC), and Infrared spectra were used to characterize the structure of PVA/xNH₄H₂PO₄ composite membrane. Proton conductivity of the composite membranes was studied by the complex impedance method. The proton conductivity of the composite membranes increases with increasing temperature and increases with increasing phosphate doping-level at first and then decreases with increasing phosphate content after a certain value of x. The highest proton conductivity is near the area of x = 0.067. The transmittance of the complex membranes always decreases with increasing doping level of phosphate.     

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。