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.     

辐射交联对磺化聚酰亚胺作为燃料电池用质子交换膜性能的影响

为了提高磺化聚酰亚胺膜的综合性能,特别是水解稳定性,文中以⁶⁰Co为辐射源,对磺化聚酰亚胺进行γ射线辐射。辐射后,膜的相对分子质量通过凝胶渗透色谱进行测试,测试结果显示,辐射后膜的数均分子量和重均分子量都有明显提高。膜的分子结构由核磁和红外光谱测试确定,结果表明辐射和未辐射膜的核磁谱图和红外光谱谱图基本不变。对辐照不同时间交联膜的含水量、尺寸稳定性、质子传导率、膜稳定性和力学性能进行了测试,结果显示,24 h辐射处理能提高膜的综合性能,特别是水解稳定性得到了显著提高,膜在100℃去离子水中可以稳定存在960 h,是未交联膜的5.6倍。辐射对质子交换膜的氧化稳定性和力学性能都有提高,甲醇渗透率有所减小。辐射24 h的磺化聚酰亚胺膜仍保持了较高的质子传导率,在80℃去离子水中膜的导电率仍可高达到0.145 S/cm。实验表明适度辐射交联是提高磺化聚酰亚胺膜综合性能的一种有效方法。     

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。     

磺化聚酰亚胺/木质素磺酸钠质子交换复合膜的制备与表征

通过共混法将木质素磺酸钠(SLS)引入到磺化聚酰亚胺(SPI)中,制备了SPI/SLS质子交换复合膜.通过红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)表征复合膜的化学结构和微观形貌,并对复合膜的含水率、溶胀度、机械性能、热稳定性和质子传导性能进行研究.结果 表明:SLS均匀分散在SPI内部,SLS的引入提升了质子交换复合...     

含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的结构与性能关系研究

将1,4,5,8-萘四羧酸二酐(NTDA)与4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯-3,3’二磺酸(BAPBDS)及3种共聚用二胺单体:2-(4-氨基苯基)-5-氨基-苯并咪唑(APABI)、1,3-二(4-氨基苯氧基)-5-(2-苯并咪唑基)苯(BAPBIB)及4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)在间甲酚中180℃进行无规共聚,分别制得了3种共聚物:主链含咪唑基磺化聚酰亚胺、含侧咪唑基磺化聚酰亚胺及不含咪唑基磺化聚酰亚胺。用溶液浇注法制得了具有良好机械性能的质子交换膜,测定了这些质子交换膜的离子交换容量、吸水率、质子导电率、水解稳定性和抗自由基氧化等性能,重点研究了含咪唑基二胺单体的化学结构对质子交换膜的抗自由基氧化性和水解稳定性的影响规律。     

具有同分异构体的磺化聚酰亚胺质子交换膜对全钒液流电池性能影响

由于具有同分异构结构的聚合物在性能方面具有明显的差异,文中以1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTDA)为二酐单体,3,3’-二氨基二苯砜和4,4’-二氨基二苯砜提供同分异构结构单元,4,4’-二氨基-2,2’-二磺酸基-联苯水合物(BDSA)为磺化二胺单体,制备了2种具有不同空间构型的磺化聚酰亚胺(SPI),并将其作为质子交换膜(PEM)使用在全钒液流电池(VRFB)中。3,3’-二氨基二苯砜的螺旋结构可有效增强3-SPI化学结构的柔性,有助于分子链的缠结,使其具有优异的力学性能、尺寸稳定性和阻钒能力(8.08×10^-8cm²/min)。4-SPI构型的离子电导率(47.21 mS/cm)与Nafion 212膜(49.37 mS/cm)相似,但离子选择性(4.25×10⁵S·min/cm³)约是Nafion 212(1.08×10⁵S·min/cm³)的4倍。在单电池测试中,4-SPI仍表现出良好的综合性能,在160 mA/cm²电流密...     

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。     

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。     

磺化聚醚砜质子交换膜材料的合成与性能

以3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氯二苯砜(SDCDPS)、双酚S、4,4′-二氯二苯砜(DCDPS)为原料,利用亲核缩聚反应,通过调整SDCDPS和DCDPS的比例与双酚S共聚,合成了一系列具有不同磺化度的磺化聚醚砜。该聚合物具有较高的分子量和良好的热稳定性,其膜表现出较低的吸水率和甲醇渗透系数。     

新型质子交换膜材料及其改性方法研究进展

综述了燃料电池用各种质子交换膜(PEM)材料及其改性方法．PEM材料包括全氟磺酸型离子交换树脂、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)以及各种新型聚合物、嵌段共聚物等,而将这些材料制成PEM所采用的改性方法可分为磺化、酸基络合、杂化、共混、共聚、以及辐射接枝、等离子体等改性处理．还介绍了各种PEM材料的物性特点和PEM材料改性方法及其最新PEM研究报道．     

质子交换膜燃料电池关键材料的研究进展EI北大核心CSCD

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而,目前的PEMFC还存在一些问题,主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题,限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用,需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题,并指出了未来的发展方向:加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索;制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜;详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响;开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。     

金属-有机框架材料在质子交换膜燃料电池中的应用研究进展

面对环境污染和能源匮乏,燃料电池作为新型清洁、可再生能源在交通运输、固定与分散电站、移动电源等领域具有广泛的应用前景。然而,目前作为燃料电池核心材料的无机酸或有机质子传导材料存在室温传导率低、湿度依赖性强、构效关系难获得等不足,是制约燃料电池技术发展的一个关键瓶颈。金属-有机框架材料(MOFs)作为一种新型多孔晶态材料,具有结构可设计、骨架可修饰、比表面积大及孔隙可调等优势,在质子传导领域展现出突出的性能和潜在的应用价值。综述了近年来MOFs材料在高性能质子传导方面的研究进展,介绍了质子传导的Grotthuss和Vehicle两种传导机制,系统阐述了有水/无水条件下获得高电导率MOFs质子传导材料的研究方法,详细介绍了高性能、湿度依赖的草酸、羧酸、磷酸和磺酸基MOFs质子传导材料,无水条件下,高性能、高温MOFs质子传导材料通过孔道负载含氮杂环分子获得。最后总结并展望了MOFs质子传导材料未来发展方向,为设计合成性能优异的质子传导MOFs材料提供参考和借鉴。     

Crosslinked sulfonated poly (bis-A)-sulfones as proton exchange membrane for PEM fuel cell application

The crosslinked sulfonated poly (bis-A)-sulfone (SPSF) proton exchange membranes were prepared by immersing the SPSF membrane into the presence of phosphorous pentoxide–methanesulfonic acid (PPMA) in the ratio of 1:10 by weight. The occurring of crosslinking reaction was proved and the membrane properties before and after crosslinking were evaluated. The results showed that the crosslinking treatment has reduced the water uptake, depressed the swelling, and enhanced the dimensional stability of SPSF membranes with just only slight sacrifice in proton conductivity. The ordered arrangement of molecular chain internal SPSF membrane was reduced and the efficiency of crosslinking reaction showed a random property along the depth direction of the membrane in the process of crosslinking.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

介绍了各种新型质子交换膜(PEM)的研究开发状况,阐述了对全氟磺酸树脂膜改性的研究进展,并对质子交换膜的研究方向和趋势进行了预测.     

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.     

质子交换膜燃料电池双极板材料的研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原荆、使生成的水顺利排出、分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用.质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响.双极板材料主要有石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较.     

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     

新型燃料电池质子交换膜的研究进展

由于当前所使用的质子交换膜材料存在成本高、无法高温操作和不够环保等缺点,开发新型的成本低、性能高的质子交换膜越来越引起人们的重视．对于新型质子交换膜的研制主要体现在两个方面,一个是对于全氟磺酸型膜的改进和增强,包括加入支撑材料或掺杂增强材料等方法;另一个是彻底抛开全氟树脂,开发新型的质子交换膜材料,其中包括直接磺化、直接聚合、接枝、掺杂等制备方法,简要评述了这些方法的优缺点和这些膜材料的性能,并附以实例说明．