用于燃料电池的聚合物电解质膜及其改性方法

聚合物电解质膜是质子交换膜燃料电池的核心部件.目前广泛使用的全氟质子交换膜(如Nafion(R)系列)存在着价格昂贵、使用温度有限、甲醇渗透率高以及降解再生困难等缺点.对聚合物基质材料进行物理或化学改性,可以提高质子传导率、改善机械强度等性能,获得高性能、低成本的质子交换膜.从聚合物材料改性的角度,综述了燃料电池用聚合物电解质膜的制备方法和电化学性能,并对各种改性方法进行了比较.     

一种新型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与表征

质子交换膜是质子交换膜燃料电池膜电极的核心部件之一,它的性能好坏对整个系统的运行起着至关重要的作用．目前在质子交换膜燃料电池中普遍采用的质子交换膜材料是全氟磺酸系列薄膜,这类材料具有较高的质子传导率、化学及机械稳定性,但用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时则存在甲醇渗透、导致燃料电池输出性能大大降低的问题     

磺化聚芳烃质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池是21世纪最清洁的能源之一,质子交换膜是其核心组件,目前商业化的质子交换膜存在着成本高、无法高温操作、甲醇渗透率高等缺点,因此开发新型低成本,高性能的聚芳香烃质子交换膜的研究热点之一。本文介绍了聚芳烃质子交换膜的改性方法及产生的效果。     

基于微孔聚四氟乙烯的复合质子交换膜

研究了基于微孔聚四氟乙烯（PTFE）的复合方式,通过将自制ABPSH40树脂——N,N-二甲基乙酰胺溶液流延在用液相介质表面处理法改性过的聚四氟乙烯微孔膜表面上,制得了均匀的ABPSH40/PTFE 增强复合质子交换膜。采用扫描电镜（SEM）观察复合膜的表面及断面形态,采用气相色谱仪（GC）测定了复合膜的甲醇渗透性,利用交流阻抗（AC）测定了膜的质子传导率。结果表明,ABPSH40树脂在复合膜内分布均匀,而且PTFE膜微孔填堵充分;复合膜具有优越的尺寸稳定性,较低的甲醇渗透率和接近Nafion膜的质子传导率,和ABPSH40均质膜进行比较后的优点明显。ABPSH40/PTFE 增强复合质子交换膜可望成为一种直接甲醇燃料电池用质子交换膜。     

直接甲醇燃料电池研究现状

直接甲醇燃料电池主要由阳极扩散层、阴极扩散层、质子交换膜等组成,通过化学反应来传递能量,催化剂和质子交换膜对直接甲醇燃料电池性能影响很大,一旦解决技术难点,未来,直接甲醇燃料电池作为新兴绿色能源,将为我国经济发展提供重要的能源支持。     

直接甲醇燃料电池用阻醇质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池是近十年兴起的新型燃料电池,并以其独特的优点引起了人们广泛的关注。作为其重要组成部分的质子交换膜的性质是影响电池性能的关键因素。本文在介绍近两年质子交换膜研究最新进展的基础上,综述了天然聚合物用作质子交换膜材料的研究情况,并分析了其优劣势及应用前景。     

全氟磺酸质子交换膜的辐照改性研究

Nafion117膜是直接甲醇燃料电池广泛使用的全氟磺酸质子交换膜,但是它过高的甲醇渗透率和溶胀率降低了电池的性能.针对这一问题,采用60Co源对其进行辐照改性处理,并对改性后质子交换膜的性能进行了研究.通过对甲醇渗透率、溶胀率、含水率的测试,发现采用不同剂量γ-射线辐照对膜的性能影响不同,照射剂量适当的辐照处理能使质子交换膜的甲醇渗透率、溶胀率明显下降,并且不使质子交换膜的含水率明显降低.这一研究成果使得γ-射线辐照有望成为一种能实际应用的全氟磺酸质子交换膜的改性手段.     

阻醇燃料电池质子交换纳米复合膜研究进展

综述了质子交换膜纳米复合材料用于甲醇燃料电池的最新研究进展,全面阐述了纳米复合材料的形貌、结构对材料甲醇透过性、质子导电性等物理化学性能的影响,并展望了甲醇燃料电池质子交换膜复合材料的发展前景。     

燃料电池用碱性膜材料的研究进展

碱性膜直接甲醇燃料电池因为结合了质子交换膜燃料电池和液体碱燃料电池的优点而产生自身独特的性质,使其可以在一定程度上弥补质子交换膜燃料电池以及液体碱燃料电池的缺点而尤其引人关注。其中碱性膜电解质为碱性膜燃料电池的核心组件,其性能直接关系到燃料电池的性能及寿命。截至目前,关于碱性膜材料的制备及应用方面的报道较多,涉及的碱性膜电解质的种类也较多。本文以燃料电池用碱性膜电解质为综述内容,对国内外关于碱性膜电解质的研究报道进行系统的梳理和介绍。     

国外甲醇燃料电池技术开发概况

燃料电池包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池.质子交换膜燃料电池中的直接甲醇燃料电池技术获得重大突破,可望于近期进入量产和商业化应用阶段,新型膜材料的开发是目前直接甲醇燃料电池研发的关键课题,电催化剂的催化性能对其功能也起着极为重要的作用.Ball、Casio、DFMC、Giner电化学系统、NEC、Polyfuel、三星电子、东芝和Motorola等一些大公司都在积极开展直接甲醇燃料电池的研发工作,并取得很大进展.     

六元环型磺化聚酰亚胺类质子交换膜

磺化聚酰亚胺是一类很有希望在燃料电池中获得应用的质子交换膜材料。本文对近年来六元环型磺化聚酰亚胺的制备、磺化聚酰亚胺质子交换膜的各项性能做了一定的归纳与分析。重点介绍了耐水性、耐久性、离子交换容量、质子电导率四个方面的测试方法及影响因素,指出目前存在的问题并预测了今后重点研究的方向。     

燃料电池用质子交换膜电渗拖曳的研究进展

质子交换膜的电渗拖曳直接影响燃料电池的水管理和电池系统复杂性。本文对质子交换膜电渗拖曳系数的测量方法进行了综述,并指出了各种方法的优缺点。经比较发现：电渗拖曳池、氢泵、电泳核磁共振法可测量质子交换膜与液态水接触时的电渗拖曳系数,其值一般在2～5;活度梯度法和电泳核磁共振法可测量质子交换膜与气态水接触时的电渗拖曳系数。随着复合质子交换膜的发展,亟需普遍性的测量方法测定复合膜的电渗拖曳系数,为燃料电池模型提供相关的参数,以利于数学模型对质子交换膜的准确描述。     

一种新型的燃料电池用质子交换膜--磺化聚酰亚胺膜

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。介绍了其制备方法,总结了磺化聚酰亚胺结构对膜性能的影响。重点讨论了提高磺化聚酰亚胺质子交换膜电导率的途径和影响水解稳定性的因素,结果表明：纳米孔和相分离结构有助于提高质子电导率;磺化聚酰亚胺的水解稳定性不仅与吸水率有关,还与分子链的柔性和二胺单体的碱性有关。     

基于TRIZ理论的质子交换膜燃料电池膜材料研究进展分析

对质子交换膜燃料电池膜材料的重要性、性能要求以及TRIZ理论的核心思想、基本发明原理进行了介绍,并结合实际技术内容,通过TRIZ理论的标准求解过程,即参数选择、矛盾矩阵分析和发明原理求解印证了质子交换膜燃料电池的膜材料性能改进研究的实际发展历程。由求解过程和结论可知,基于TRIZ理论推导过程给出的相关发明原理能够合理预测膜材料导电性、稳定性的发展趋势;通过掌握TRIZ理论,能够更有针对性地寻找对膜材料改进的可行之路。对于质子交换膜而言,至少可以在提纯工艺、遴选工艺以及燃料电池组件协同功能性方面寻找提升性能的途径。     

燃料电池用有机-无机杂化质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、寿命长、比功率和比能量高、以及对环境友好等优点。质子交换膜则是关键部件之一,它起到分隔燃料和氧化剂、传导质子和绝缘电子的作用,其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命。本文主要介绍了有机无机杂化质子交换膜的特点,并对近几年的发展状况进行了综述,就其设计原理、制备方法及优缺点作了简要评述。     

质子交换膜燃料电池系统低温启动技术研究进展

质子交换膜燃料电池电动汽车具有绿色环保、续航里程长等优点,但在温度较低的环境下存在启动困难甚至失败的问题,这一问题严重制约了质子交换膜燃料电池电动汽车的发展。研究调查了质子交换膜内部结冰的原理,简述了0℃以下低温环境下启动过程对质子交换膜本身、催化层、气体扩散层以及膜电极整体带来不同程度的损伤,重点分析了质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的策略,可大致分为三类：停机吹扫的控制策略、外部辅助加热和无辅助加热。分析表明每种方法都有其各自的优点与缺点,但总的来说单一的启动方法对质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的效果不如多种方法混合使用的效果理想,未来燃料电池电动汽车的低温启动技术将会朝着多种方法共同协助的趋势发展。     

用于质子交换膜的高质子传导率聚合物研究进展

质子传导率超过Nafion膜的质子交换膜是近年来研究的焦点。质子交换膜的质子传导率与它们的IEC值和形态有关。形成离子通道是开发高质子传导率的质子交换膜的一种有效方法。形成离子通道主要有3种:1)用嵌段共聚物的微相分离;2)侧链和支链磺化的聚合物;3)局部区域的高密集磺化。此外,与无机纳米材料形成纳米复合材料的质子交换膜也能提高质子交换膜的质子传导率及质子交换膜的机械强度、尺寸稳定性、耐氧化稳定性等性能。综述了关于用于高质子传导率的燃料电池质子交换膜(PEM)的聚合物的研究进展。对高质子传导率的燃料电池膜聚合物的发展趋势进行了展望。     

燃料电池高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、CO耐受性高等特点,但磷酸掺杂的高温质子交换膜因磷酸的流失和聚合物的降解等原因导致燃料电池的输出功率发生衰减。本文通过介绍聚苯并咪唑衍生物的高温质子交换膜、聚苯并咪唑的复合型质子交换膜、新型芳基聚合物的高温质子交换膜,阐明聚合物的主链结构、官能团结构以及复合填料对高温质子交换膜性能的影响。在近期的研究报道中,提高膜性能的主要策略包括提升自由体积、建立交联结构、嵌段共聚、复合掺杂（ILs、MOFs、PIMs、MO_x）、阳离子官能团修饰等。文章指出,在未来的研究中应该加强对磷酸基高温质子交换膜质子传输通道结构的进一步理解,关注聚合物化学降解和物理性能衰败的原因,并开发更多的新型聚合物材料。     

PVA/FA/4A复合质子交换膜的制备及性能研究

以聚乙烯醇(PVA)、富马酸(FA)和4A分子筛为原料,利用流延法制备了PVA/FA/4A复合质子交换膜,并对膜的吸水率、溶胀率和离子交换容量、甲醇透过率、电导率等性质进行了测定。结果表明:室温为20℃条件下,测得PVA/FA/4A膜的吸水率为156%,溶胀率为49.1%,离子交换容量为0.804 mmol/L,电导率为3.33×10~(-2)S/cm,甲醇渗透率为0.72×10~(-7) cm~2/S.表明PVA/FA/4A复合质子交换膜具有很好的阻醇效果和高的质子导电性。