高温质子交换膜燃料电池用Nafion(R)/SiO2 复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时,质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象,这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍.由于Nafion(R)/SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力,人们通过溶胶-凝胶法或重铸法合成了Nafion(R)/SiO2复合膜,并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中.简单介绍了Nafion(R)/SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况,并分析了存在的问题和其广阔的应用前景.     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion®/SiO2 复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时,质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象,这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍.由于Nafion(R)/SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力,人们通过溶胶-凝胶法或重铸法合成了Nafion(R)/SiO2复合膜,并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中.简单介绍了Nafion(R)/SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况,并分析了存在的问题和其广阔的应用前景.     

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。     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion／SiO2复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时，质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象，这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍．由于Nafion／SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力，人们通过溶胶一凝胶法或重铸法合成了Nafion／SiO2复合膜，并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中．简单介绍了Nafion／SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况，并分析了存在的问题和其广阔的应用前景．     

单壁碳纳米管掺杂Nafion共聚物复合膜制备及其电学性质研究

将SWNTs分散于Nafion乙醇溶液中,成功制备了SWNTs/Nafion膜,从结构和导电性方面对碳纳米管掺杂Nafion聚合物导电膜进行了研究,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和拉曼光谱测试对碳纳米管掺杂Nafion聚合物导电膜进行结构表征,结果表明SWNTs/Nafion复合膜中Nafion更容易与纤维素膜紧密结合;利用循环伏安法测试了SWNTs/Nafion聚合物膜的导电性质,电导率由3.155×10-9S/m变化到5.626×10-7S/m,提高了两个数量级,且CV曲线有明显的电容环,这是因为SWNTs/Nafion样品膜中存在赝电容,同时由于SWNTs掺杂在Nafion中内形成三维互穿结构导电网络,这两点原因使得样品电导率得到明显提高。     

质子交换膜Nafion(R)的导电性与物理老化

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组成之一,它是一种选择透过性膜,不仅是隔膜材料,还是PEMFC的电解质.Nafion(R)膜是目前最常用的质子交换膜之一.本文通过比较三种Nafion(R)R膜和经过不同单电池运行时间Nafion(R)112膜的玻璃化转变温度(Tg)及离子电导率(σ),试图考察物理老化对其导电性能的影响.根据单电池寿命测试结果得到了Nafion(R)112膜老化的活化能(ΔH老化)为665.0kJ/mol.     

质子交换膜Nafion的导电性与物理老化

质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心组成之一，它是一种选择透过性膜，不仅是隔膜材料，还是PEMFC的电解质。Nafion喉是目前最常用的质子交换膜之一。本文通过比较三种Naflon膜和经过不同单电池运行时间Nation 112膜的玻璃化转变温度（Tg）及离子电导率（σ），试图考察物理老化对其导电性能的影响。根据单电池寿命测试结果得到了Nafion 112膜老化的活化能（△H老化）为665．0kJ／mol。     

溶胶-凝胶法制备SiO2/ZrO2无机复合膜的研究

以硅酸乙酯和氧氯化锆为先驱体,用乙醇为溶剂,采用溶胶--凝胶法于室温下在Al2O3基体上制备了ZrO2/SiO2无机复合膜.重点考察了涂膜温度、ZrOCl2摩尔百分含量、溶胶浓度及添加剂对膜性能的影响.结果表明:在较高的温度下涂膜可以提高膜的性能;ZrOCl2的存在对渗透比的影响不大,但能够提高溶胶的交联度,从而提高制膜效率,同时也有利于渗透通量的提高;采用浓溶胶和稀溶胶结合的方式涂膜不但可以提高制膜效率,还可以提高膜的性能.添加剂TEABr能够均化膜孔径,提高膜的性能.     

纳米氧化物/Nafion复合膜的制备与性能表征

分别以SiO2、TiO2、Al2O3和ZnO等纳米氧化物为改性剂,采用流延法制得纳米氧化物/Nafion复合膜.XRD和ATR/FT-IR分析表明纳米氧化物在复合膜均匀分散,也没有发生团聚现象.对复合膜的质子传导和阻醇性能进行了测定,结果发现,纳米氧化物/Nafion复合膜具有较好的质子传导性能;阻醇性能均有较大幅度的提高,且以SiO2和TiO2改性的Nafion膜最为明显,甲醇透过系数分别从约10降低到约10-7和10-8数量级.这说明纳米氧化物/Nafion复合膜是一类较好的直接甲醇燃料电池用质子交换膜材料.     

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。     

燃料电池用质子交换膜的发展方向

从Nafion膜的结构与性能的关系出发，主要分析了含水量、分子结构以及膜的微观结构和酸度对质子电导率的影响，指出了Nafion膜待克服的问题如高温电导率低，甲醇渗透性大，提出了质子交换膜以后的发展方向，包括Nafion膜的修饰与改性，含氟高分子作为主链接枝带有磺酸的支链，有机聚硅氧烷主链接枝烷基磺酸质子交换膜．     

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。     

再铸Nafion膜的制备和性能分析

利用50：50的乙醇水溶液,在250℃条件下溶解了Nation 115膜,制得质量分数为7．5％的Nation溶液．采用不同的高沸点添加剂,在不同温度下制得再铸Nation膜,分析了再铸膜的离子交换容量、水含量和水中溶解性等,并利用傅立叶红外分析了再铸膜的结构、结果表明,再铸温度为140℃最好,乙二醇是最合适的再铸添加剂．     

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。     

杂多酸掺杂聚酰亚胺/二氧化硅复合质子交换膜的制备和性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了杂多酸掺杂聚酰亚胺／二氧化硅（PI／SiO2）复合质子交换膜,研究了其质子导电性能、保水能力和抗化学氧化性能。结果表明,该千态复合膜的室温质子电导率为10^-7S／cm,中温环境（100～200℃）下的电导率可达10^-5S／cm以上,随着温度和杂多酸含量的升高,其质子电导率相应升高;对膜保水性能的研究表明,SiO2和杂多酸的加入能有效提高中温条件下复合膜的保水率,少量水的参与有可能进一步提高膜的质子电导率;对膜抗氧化性的研究表明,复合膜的抗氧化能力随二氧化硅含量的增加而增加,而随杂多酸含量的增加而降低,与纯聚合物相比,该复合膜的抗氧化能力略有下降。     

二氧化钛/多孔钛复合膜的免疫隔离效果研究

为克服传统免疫隔离膜吸水膨胀、机械强度差等缺点,以钛酸丁脂为原料,采用溶胶一凝胶法以多孔钛金属为基体,制备出TiO2/多孔Ti复合膜.为避免金属基体与膜材料由于热膨胀系数的不同而引起膜的破裂,采用填堵的方法成膜.通过复合膜的渗透分离实验研究其免疫隔离效果.实验结果显示,所制得的二氧化钛/多孔钛复合膜经过3次以上涂膜能有效地阻隔免疫球蛋白及免疫细胞,但小分子物质(如葡萄糖)能自由通过该膜,故该复合膜可以作为免疫隔离膜使用,并且具有良好的免疫隔离效果.     

导电聚偏氟乙烯/碳纳米管复合膜的制备与性能研究

通过浸没沉淀相转化法制备了聚偏氟乙烯/多壁碳纳米管导电复合膜,研究了复合膜的亲水性、导电性、通量、表面形态以及机械性能。研究表明,碳纳米管的加入可以使复合膜中的β相增多,α相减少。扫描电镜表明通过超声分散处理可以使碳纳米管均匀地分散在聚偏氟乙烯基质中,同时由于碳纳米管的加入,复合膜的亲水性、通量、导电性、介电常数以及机械性能都得到了改善。