磺化聚苯醚/聚醚酰亚胺共混质子交换膜的制备与性能

以磺化聚苯醚(SPPO)和聚醚酰亚胺(PEI)为原料,采用溶液共混法制备了SPPO/PEI共混质子交换膜,并经扫描电镜(SEM)、热重分析、拉伸测试等对膜的结构和性能进行了表征。结果表明,共混膜较纯SPPO膜具有更高的热稳定性、力学性能和尺寸稳定性;SPPO与PEI之间的强烈氢键相互作用使两组分之间并未发生明显的相分离。PEI的引入虽使得共混膜的质子传导率有所下降,但对于PEI含量在40%以下的共混膜,其质子传导率仍维持在约10-2S/cm的数量级水平,能满足质子交换膜的要求。     

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.     

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。     

PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜的制备及性能研究

以聚乙烯醇(PVA)为基材,掺杂一定量的反丁烯二酸(FA)和H-ZSM-11分子筛,采用流延法制备了PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜。用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、热重分析仪等对膜进行了表征,并测试了复合质子交换膜的吸水溶胀率和质子电导率等性能。结果表明,当PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜中m(PVA)∶m(FA)∶m(H-ZSM-11)质量比为12∶0.5∶1时,完全水合24 h时电导率最高为13.59×10~(-2)s·cm~(-1),吸水溶胀率为14.17%,H-ZSM-11分子筛的加入在抑制了复合质子交换膜溶胀性的同时提高了质子电导率,其溶胀过程符合Scott二阶溶胀动力学模型,且复合质子交换膜的热稳定性较好。     

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。     

原位合成法二氧化硅/硅钨酸改性聚乙烯醇质子交换膜的研制

以聚乙烯醇(PVA)为基体,利用原位合成法制备了二氧化硅(SiO2)和硅钨酸(SiWA)微粒在PVA基质中均匀分布的二氧化硅/硅钨酸改性聚乙烯醇(SiO2/SiWA-m-PVA)质子交换膜,利用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TG)分别对膜的形貌及热稳定性进行了表征,四氯化硅与钨酸钠摩尔比对SiO2/SiWA-m-PVA质子交换膜的质子导电性能、阻醇性能的影响.结果表明,四氯化硅与钨酸钠摩尔比为1∶1时,原位合成的二氧化硅和硅钨酸在质子交换膜中分散均匀,在温度低于100℃时SiO2/SiWA-m-PVA膜保水性能好;室温质子电导率为1.48×10-2 S/cm,甲醇渗透率为1.37×10-7 cm2/s,比相同条件下Nafion117膜甲醇渗透率低一个数量级,应用于直接甲醇燃料电池单电池能量密度可达11.82 mW/cm2.     

磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合膜的研究

用季胺盐改性蒙脱土和磺化酚酞型聚醚砜首次制得了磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合质子交换膜,并用1H NMR、SEM、FT-IR等分析手段对其进行了表征,测定了复合膜的质子导电率.研究结果表明:改性蒙脱土以纳米颗粒形式分散于磺化酚酞型聚醚砜聚合物基体中;在相同测试温度下,磺化酚酞型聚醚砜/改性蒙脱土纳米复合质子交换膜的质子电导率随着改性蒙脱土含量增加而增加,添加10%(wt)改性蒙脱土的复合质子交换膜,在80℃下的质子电导率为8.53×10-4S/cm.     

侧链磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

为进一步提高磺化聚醚醚酮质子交换膜的尺寸稳定性、耐氧化性和质子电导率,从侧链结构出发设计制备了一种新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.以磺化聚醚醚酮为聚合物主链,利用N,N′-羰基二咪唑(CDI)的活化作用将1-乙醇胺(MEA)与磺酸基团反应,从而延长侧链长度,再通过1,3-丙磺酸内酯的开环反应引入磺酸功能基团,最后采用溶胶-凝胶法制备出一系列新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.对所制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜分别进行了结构和性能表征.结果表明,该类侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜中产生了亲水/疏水相分离结构,并且具有适当的吸水率和较低的溶胀度(9.2%).该类质子交换膜具有更高的质子电导率,其中60℃时支化程度为80%的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率高达0.096 S/cm.此外,制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜也具有良好的机械性能、氧化稳定性和热稳定性.     

一种新型的磺化聚芳醚酮质子交换膜材料

利用先聚合后磺化的方法合成了一种新型磺化聚芳醚酮,FTIR和HNMR结构表征表明,其磺酸基只连在悬挂侧链上.利用浇铸法将该材料制备成膜,对膜的离子交换容量(IEC)、平均当量重量(EW)、磺化度(SD)、吸水性、线性膨胀率及其电导率进行了表征,结果表明这种膜材料具有良好的吸水性和较低的线性溶胀率,所制得的膜在100℃、100%相对湿度时的质子电导率与Nafion-117~(R)膜相近,有望作为质子交换膜使用.     

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.     

SPEEK/SiO2复合型质子交换膜的结构与性能

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基体,通过溶胶-凝胶法制得了SPEEK/SiO2复合质子交换膜,采用扫描电镜、交流阻抗和热重分析等方法研究了复合膜的结构与性能。结果表明,SiO2与SPEEK之间的共价交联使两相间的相容性得到明显的改善,SiO2粒子以纳米尺寸均匀地分散在聚合物基体中。SiO2粒子的掺入使得复合膜的质子传导性能略有降低,但复合膜中SPEEK-SiO2-SPEEK这种共价交联结构的生成使膜的阻醇性能和溶胀性能得到了明显提高,热稳定性也有所提高。     

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。     

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。      

Decoration of carbon nanotube with SiO2 nanoparticles to improve polyelectrolyte membrane performance

To overcome the poor mechanical performance and the low proton conductivity at high temperature (> 80 degrees C) which hinder the utilization of Nafion membranes for use in PEM Fuel Cell, SiO2 nanoparticle decorated multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were developed to reinforce both the mechanical property and the water retention capability of Nafion membranes. Results show that the composite membrane is approximately 10% and 5-10% higher than that of recast Nafion membrane in proton conductivity and water retention, respectively. These could be explained by the bifunction of SiO2 which performs both hydrophilicity and proton conductivity. In addition, the mechanical performance was greatly enhanced in the presence of SiO2 decorated MWCNTs.     

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。     

全钒液流电池用新型全氟磺酸离子交换膜制备及性能研究

通过溶液流延成膜法制备了具有不同离子交换容量(IEC)的全氟磺酸(PFSA)离子交换膜,并测试了其吸水率、电导率、钒离子(Ⅴ(Ⅳ))透过率和选择性系数。研究发现,具有高IEC值的PFSA离子交换膜具有相对较低的Ⅴ(Ⅳ)离子透过率和较高的质子电导率。其中IEC值为1.10mmol/g的PFSA离子交换膜对Ⅴ(Ⅳ)离子具有最高的选择性,其选择性系数为Nafion 117膜的2.97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).