基于巯基改性磺化海泡石与聚(2,5-苯并咪唑)原位复合的宽温域用质子交换膜

天然海泡石经微波辅助酸活化和巯基偶联剂改性得到磺化海泡石,然后原位合成制备燃料电池宽温域用聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石(ABPBI/S-Sep)复合质子交换膜。研究了海泡石改性前后结构变化,以及S-Sep粒子的加入对复合膜的微观形貌、结构、力学性能、吸水固酸能力以及高、低温下质子传导性能的影响。研究发现,海泡石粒子经微波辅助酸活化处理后产生了解纤维化,磺化改性提高了其与聚合物相容性;S-Sep纤维状粒子均匀分散在ABPBI基体中可诱导聚合物分子链取向排列,从而提高复合膜的力学性能,其特有的纳米通道结构及高比表面积显著提高了复合膜的吸水率和固酸能力。在相似磷酸(PA)掺杂水平下,复合膜在40~180℃宽温域下的质子传导率和峰值功率密度均高于ABPBI膜,并且磷酸掺杂水平为1.85的复合膜在90℃以下,60%和98%RH时质子传导性能以及80℃、0%RH时单电池性能均与Nafion 212相当,表明低磷酸掺杂水平下的S-Sep改性ABPBI复合膜具备从低温到高温且不控制湿度的宽温域使用优势,可拓展基于PA掺杂聚苯并咪唑类膜材料的使用温度范围。     

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。     

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.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的和绝缘电子的作用,其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命.从膜材料的角度分类,综述了质子交换膜燃料电池用主链含氟聚合物膜、元素有机聚合物膜以及芳香族碳氢化合物膜的特性和研究现状.     

低温燃料电池用聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石复合质子交换膜的制备与性能EI北大核心CSCD

采用原位法制备了一种适用于低温燃料电池的新型聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石(ABPBI/S-Sep)复合质子交换膜。对海泡石酸活化和磺化改性前后的化学结构、亲水性和分散性以及复合膜的形貌、吸水率、磷酸掺杂水平与质子传导率等性能进行了表征和测试。结果显示,所制备的S-Sep粒子在ABPBI聚合物基体中分散均匀,并能促进聚合物分子链的规整排布;与纯ABPBI膜相比,S-Sep粒子的添加显著增强了复合膜对水和磷酸的吸收和保留能力,且在相同或相近磷酸掺杂水平下,ABPBI/S-Sep复合膜的质子传导率显著提高。在40～90℃温度范围内,饱和湿度98%RH时复合膜的质子传导率与Nafion 212相当;在低湿度60%RH时,高磷酸掺杂水平的ABPBI/S-Sep复合膜质子传导率略低于98%RH的结果,但显著优于Nafion 212的质子传导性能。不同温湿度环境下的质子传导率结果表明S-Sep改性ABPBI复合膜具备低温环境使用的特点,可替代Nafion类全氟磺酸膜应用于低温质子交换膜燃料电池。     

低温燃料电池用聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石复合质子交换膜的制备与性能

采用原位法制备了一种适用于低温燃料电池的新型聚(2,5-苯并咪唑)/磺化海泡石(ABPBI/S-Sep)复合质子交换膜。对海泡石酸活化和磺化改性前后的化学结构、亲水性和分散性以及复合膜的形貌、吸水率、磷酸掺杂水平与质子传导率等性能进行了表征和测试。结果显示,所制备的S-Sep粒子在ABPBI聚合物基体中分散均匀,并能促进聚合物分子链的规整排布;与纯ABPBI膜相比,S-Sep粒子的添加显著增强了复合膜对水和磷酸的吸收和保留能力,且在相同或相近磷酸掺杂水平下,ABPBI/S-Sep复合膜的质子传导率显著提高。在40～90℃温度范围内,饱和湿度98%RH时复合膜的质子传导率与Nafion 212相当;在低湿度60%RH时,高磷酸掺杂水平的ABPBI/S-Sep复合膜质子传导率略低于98%RH的结果,但显著优于Nafion 212的质子传导性能。不同温湿度环境下的质子传导率结果表明S-Sep改性ABPBI复合膜具备低温环境使用的特点,可替代Nafion类全氟磺酸膜应用于低温质子交换膜燃料电池。     

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.     

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．     

燃料电池用高温质子交换膜的研究进展

燃料电池是一种高效的清洁能源技术,可缓解当今社会面临的能源和环境问题。质子交换膜燃料电池是一种重要的燃料电池类型,质子交换膜是其关键组件,起到传导质子、隔绝电子和阴阳两极的反应物的作用。质子交换膜燃料电池在低温下存在许多难以解决的问题,升高工作温度可以解决这些问题。因此需要开发高温低湿度下工作的膜材料。本文综述了高温质子交换膜的主要类型、制备与改性方法和质子传导机制,指出质子导体掺杂的聚苯并咪唑(PBI)类膜材料在高温低湿度下作为质子交换膜适用的巨大潜力,并探讨了复合PBI高温质子交换膜的制备、掺杂的质子导体类型和性能提升方法。最后本文归纳了高温质子交换膜面临的挑战,并指出了该类材料未来的研究方向,如设计合成新型质子导体、改善PBI抗氧化稳定性、调控膜微观结构来提升性能和开发新型聚合物电解质。     

磺化聚酰亚胺类质子导电材料的研究进展

Nafion等全氟磺酸膜由于寿命长,导电性能优越,迄今仍是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中性能最为优越的电解质,但其价格昂贵,难以大规模推广应用于民用产品。开发低成本的新型质子交换膜具有十分重要的意义。近年来新型质子交换膜的研究涉及新的离聚物、用于控制形态及保水能力的纳米有机无机复合膜以及碱性聚合物与舍氧酸的复合物等。同时磺化非氟聚合物多年来也一直得到人们的广泛关注。综述了磺化聚酰亚胺用于质子导电材料的研究进展,讨论了各种不同磺化二胺体系的独特优势以及存在的问题。     

燃料电池质子交换膜的研究现状

目前燃料电池质子交换膜的研究正引起人们越来越多的关注,质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件.较详细地介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,有机/无机纳米复合质子交换膜,新型无氟化质子交换膜的性能及最新研究状况,最后对其发展前景进行了探讨.     

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能.本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用.     

聚合物-粘土纳米复合材料

利用某些层状粘土矿物的吸附性、离子交换性和膨胀性可以将一些聚合物引入到粘土矿物的层间域,形成性能优异的聚合物-粘土矿物纳米复合材料.论述了2:1型层状粘土矿物的结构特点,聚合物-粘土纳米复合材料的合成和表征及粘土片层的表面修饰.从热力学和动力学角度出发,分析了影响嵌入过程的各种因素.展望了聚合物-纳米复合材料的应用前景.     

质子交换膜燃料电池双极板材料研究进展

质子交换膜燃料电池具有高效环保、使用寿命长、操作温度低等特点,发展前景广阔。双极板作为质子交换膜燃料电池的核心部件,对其总体性能、使用寿命影响巨大,因此制备高效率、低成本的双极板对推进其商业化应用具有重要意义。综述了质子交换膜燃料电池双极板材料及其表面改性的研究进展,并展望了这些材料的未来发展趋势。     

质子交换膜在燃料电池中的应用

质子交换膜（ＰＥＭ）燃料电池以质子交换膜为电解质，燃料电池的性能强烈地依赖于质子交换膜的特性。本文综述ＰＥＭ电池对质子交换膜的技术要求及该膜的检测和在燃料电池中的应用情况。     

以燃料电池作动力的有人驾驶飞机进行试航

波音燃料电池示范飞机装有质子交换膜（PEM）燃料电池和锂离子电池混合系统为电动机提供电力,该电动机用于驱动螺旋桨。燃料电池为飞行阶段提供全部动力。在飞机起飞和爬行阶段需要最大的功率,此时该系统则凭借重量轻的锂离子电池提供电力。     

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。     

钒流电池用磺化聚芴醚酮-聚苯胺原位表面复合质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。文中以磺化聚芴醚酮(SPFEK)膜为基膜,采用稀溶液化学氧化聚合法在SPFEK膜表面原位复合一层聚苯胺,通过调整苯胺(An)单体的浓度,制得SPFEK/PANI复合膜。采用扫描电镜与红外光谱表征了复合膜的结构,表明聚苯胺已经成功地在SPFEK膜表面复合。通过钒流单电池的性能测试,结果表明,当苯胺单体的浓度为0.05 mol/L时,所制备的复合质子交换膜具有最高的H+传导选择性,所组装的钒流电池具有最好的自放电性能,在充放电流为50 m A/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,83%,75%。     

面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景,开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊,作为原料的H₂、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件,需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此,首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM),将其加入Nafion溶液中混合均匀,利用溶液浇铸法制膜,探索并优化了PAAAM的加入量;随后,对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征,并进行电池输出性能测试;最终结果表明:Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H₂的条件下,最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时,Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H₂、空气流量分别为0.1 L·min?1和0.55 L·min?1时,采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm?2。