化学交联法在质子交换膜制备中的应用

化学交联是提高质子交换膜性能的一种有效方法。交联质子交换膜具有较低的水溶胀性、甲醇渗透性,以及较高的热、力学稳定性。使用化学交联法制备质子交换膜时,通常采用交联聚合物磺化法、磺化聚合物交联法和共混聚合物交联法等三种方法。采用不同方法交联时,交联活性点的选取各不相同,制备的交联质子交换膜性能也有差异。深入研究交联程度、离子交换容量、交联剂种类等不同制备条件对交联膜的微观结构及性能的影响,才能使交联质子交换膜的综合性能得到优化。     

新型非氟芳环聚合物质子交换膜研究进展

综述了燃料电池用新型非氟芳环聚合物质子交换膜的研究进展,包括磺化芳环主链聚合物质子膜、非氟离子复合膜和酸碱聚合物复合膜的制备、结构和性能.并分析了它们各自的优点和存在的问题,对未来质子交换膜的发展作出了展望.     

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.     

燃料电池用碳氢聚合物质子交换膜材料研究进展

以我们在磺化聚酰亚胺和磺化聚硫醚砜方面的研究工作为基础,简要介绍了近年来燃料电池用碳氢聚合物质子交换膜的研究进展,包括各种材料的制备和性能(质子导电率、耐水性、尺寸稳定性、吸水率、甲醇透过率等)研究.此外,还介绍了我们最近发明的一种独特的交联方法,用这种方法所制得的磺化聚酰亚胺和磺化聚硫醚砜交联膜装在单电池上显示出良好...     

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.     

磺化聚酰亚胺质子交换膜的研究进展

聚酰亚胺是一类非常重要的高性能聚合物材料,在许多领域都有非常广泛的应用.本文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,总结了改善磺化聚酰亚胺溶解性及其薄膜水解稳定性和质子电导率等性能的方法.     

磺化聚砜膜的燃料电池性能初步研究

针对磺化聚砜质子交换膜用于PEMFC ,研究了它的物理化学性能和电化学性能 ,实验结果表明 :与Nafion 膜相比 ,磺化聚砜 (EW =90 0 )作为质子交换膜材料 ,具有较好的热稳定性、水化性能和尺寸稳定性 ,溶液浇铸法制得的磺化聚砜膜在机械强度、气体渗透性能方面与Nafion 膜相近 ,用磺化聚砜膜组装的PEMFC的电池性能与Nafion 膜相比存在一定的差距 ,但从电池运行稳定性来看 ,还是有希望用于质子交换膜燃料电池的 .     

磺化SEBS质子交换膜的研究进展

燃料电池商业化的实现要求要有性价比高的质子交换膜,磺化SEBS以其低廉的价格、独特的微相结构、良好的力学性能和高的质子导电率正成为大家关注的焦点.着重评述了磺化SEBS质子交换膜近年来的研究进展,较为详细地讨论了其制备、微相结构、性能特点和改性后在直接甲醇燃料电池等方面的应用,并扼要阐述了其发展方向.     

磺化聚芳醚酮砜/PVA复合质子交换膜的制备与性能

为了进一步提高质子交换膜在中高温时的质子导电率,文中以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混法制备了PVA不同含量的磺化聚芳醚酮砜/PVA复合膜。通过对复合膜的性能测试发现,PVA的引入提高了膜的热稳定性、吸水率和保水能力。而且SPAEKS/PVA复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,在80℃时,复合膜的质子传导率都在0.07 S/cm以上,能够满足中高温质子交换膜燃料电池的使用要求。     

芳杂环类聚合物质子交换膜的研究进展

对近10年来磺化聚酰亚胺和(磺化)聚苯并咪唑基膜的制备工艺、分子结构特征等方面的研究工作进行了较全面的综述,同时介绍了这两种芳杂环类聚合物膜在质子交换膜燃料电池中的应用前景.     

侧链型全芳香磺化聚酰亚胺的合成及性能研究

合成了一种侧链型磺化二胺单体2,2’-双(4-磺酸基苯氧基)联苯胺(2,2-’BSPOB),将这种磺化二胺单体与1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTDA)及一种非磺化二胺单体4,4’-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)共聚,制得了一系列具有不同离子交换容量(IEC)的侧链型全芳香磺化聚酰亚胺。在高相对湿度下,这些磺化聚酰亚胺膜具有与Nafion112相当甚至更高的质子导电率。此外,这些磺化聚酰亚胺膜在100℃去离子水中浸泡2000h后依然保持良好的力学强度,而且在膜平面方向的尺寸变化极小(5%),在质子交换膜燃料电池上有着潜在的应用前景。     

Sulfonated polystyrene fiber network-induced hybrid proton exchange membranes

A novel type of hybrid membrane was fabricated by incorporating sulfonated polystyrene (S-PS) electrospun fibers into Nafion for the application in proton exchange membrane fuel cells. With the introduction of S-PS fiber mats, a large amount of sulfonic acid groups in Nafion aggregated onto the interfaces between S-PS fibers and the ionomer matrix, forming continuous pathways for facile proton transport. The resultant hybrid membranes had higher proton conductivities than that of recast Nafion, and the conductivities were controlled by selectively adjusting the fiber diameters. Consequently, hybrid membranes fabricated by ionomers, such as Nafion, incorporated with ionic-conducting nanofibers established a promising strategy for the rational design of high-performance proton exchange membranes.     

离子液体在聚合物质子导电材料中的应用研究进展

以Nafion为代表的全氟磺酸水化膜是目前聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中最常用的质子交换膜(PEM),但此类膜的质子导电性能强烈依赖于水,由水的冻结或蒸发会使其失去质子导电性能。离子液体具有接近零的蒸汽压、低熔点、较宽的电化学窗口,将离子液体引入PEM体系可望大大扩展PEM的工作温度范围,提高其电导率。文中对近年来离子液体在聚合物质子导电材料中的应用进行了综述,并对其研究发展前景作了展望。     

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.     

Ionic polymer–metal composite actuators obtained from sulfonated poly(ether ether sulfone) ion-exchange membranes

The cost-effective and high-performance ionic polymer–metal composites (IPMC) were designed and prepared from ion-exchange membranes based on sulfonated poly(ether ether sulfone) (SPEES) with different degrees of sulfonation (DS). The precursor of SPEES, namely PEES, is commercially available and industrial grade. Moreover, the PEES can be transformed easily into ion-conductive SPEES through a simple sulfonation reaction. The ion exchange capacity (IEC) and water uptake (WU) of SPEES membranes increase with increasing their DS, and the proton conductivities of these hydrated SPEES membranes are subsequently enhanced. Compared with the commercial Nafion ion-exchange membrane, the SPEES membranes have higher IEC and WU. The IPMC actuators made of the SPEES membranes show the large bending strain and fast response under electric stimulation. The SPEES membrane with the highest DS (SPEES4) shows the best performance of IPMC actuators. The electromechanical behaviors of these IPMC actuators indicate that the SPEES is a candidate to substitute Nafion.     

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.     

SPPEK/PWA质子导电复合膜的制备与性能

以磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK)为基体,采用共混法制备了SPPEK/PWA复合质子交换膜。采用红外光谱、热分析与交流阻抗等方法对复合膜的结构和性能进行了研究,并与Nafion117膜进行了比较。结果表明,磷钨酸(PWA)的掺杂使得复合膜的吸水率和溶胀度增大,同时热稳定性能得到提高。复合膜在20℃时的质子电导率为0.67×10-2S/cm,接近Nafion117膜的质子电导率(1.08×10-2S/cm)。且随着温度的升高,电导率逐渐增大,最高可达1.18×10-2S/cm。此外,对复合膜不同方向上的电导率进行了测试,表明膜平面方向上的电导率(8.10×10-2S/cm)高于厚度方向上电导率(7.50×10-3S/cm)约一个数量级。     

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.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

对燃料电池用质子交换膜的研究进展进行了简要的概述,特别是从膜材料角度分类．较详细的介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,接枝、交联、共混型质子交换膜等的特性及最新的研究状况,并对其发展前景进行了探讨．