用于碱性膜燃料电池的新型聚苯醚阴离子交换膜的制备与性能

以2,6-二甲基聚苯醚(PPO)为原料,经溴代及N-甲基咪唑季铵化反应,制备了N-甲基咪唑季铵化PPO,并进行了红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(1H NMR)表征.所得季铵化产物与聚乙烯醇(PVA)按不同比例共混后用戊二醛交联成膜,在碱性液中浸泡转化为OH-型,得到一系列阴离子交换膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)、拉伸实验和热重分析(TGA)等手段考察了膜的微观形貌及电导率、力学性能、热稳定性及耐碱性等性能.结果表明,膜的外观形貌平整均一;含水率为50.4%～151.2%;溶胀度为79.2%～164.2%;离子交换容量为0.47～1.52 mmol/g;90℃时,M4膜的电导率高达49.1 mS/cm;断裂伸长率达到128%,极大改善了PPO膜应力易裂的状况.同时,N-甲基咪唑鎓基团分解温度达到170℃,高于常用的阴离子交换膜中的季铵基团(120℃).在2 mol/L的NaOH溶液中浸泡192 h后,电导率仅下降19%,具备良好的耐碱性能力.

碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备与表征

以PTFE多孔膜为基体,以聚环氧氯丙烷(PECH)和四甲基己二胺(TMHDA)为原料,采用流延法制备QPECH/PTFE复合阴离子交换膜。对复合阴离子交换膜的微观形貌、热稳定性、离子交换容量、离子传导率以及膜电极性能进行表征。结果表明:复合阴离子交换膜热稳定性得到增强,离子交换容量为1.51 mmol/g,离子传导率可达1.02×10-2S/cm;在H2/O2碱性燃料电池中表现出较好的电化学性能,开路电压为1.003 V,最大功率密度为16.4 mW/cm2。

一种含烷氧基柔性长支链苯并咪唑功能化聚苯醚阴离子交换膜研究

本文合成一种含烷氧基柔性长支链苯并咪唑功能化聚苯醚阴离子交换膜,并进行了相应的表征。制得的阴离子交换膜显示出较高的OH-传导能力及优越的化学稳定性。PPO-OH-M4在20℃时电导率为35.4 (m·S)/cm,当温度升高至60℃时,电导率增加到55.7 (m·S)/cm,体现了优越的离子传导率。亲水柔性长支链与疏水主链相互作用,形成了明显的微相分离,构建了连续的离子传输通道。将PPO-OH-M4浸泡于80℃1 mol/L KOH溶液340 h后,电导率仍保持87.5%。长的烷氧基支链聚集,相互盘绕,有效减弱OH-对功能基团的进攻,可为合成高性能阴离子交换膜提供了新的思路。

用于燃料电池的碱性阴离子交换膜研究进展

针对当前碱性阴离子交换膜离子电导率低和高温耐碱性较差的问题,本文综述了碱性功能基团和聚合物主链结构对阴离子交换膜离子电导率、碱性稳定性等主要性能的影响,主要介绍了季铵盐型、胍型、季盐型、咪唑盐型、锍盐型碱性功能基团以及嵌段共聚物、侧链型聚合物为基体材料的阴离子交换膜的研究进展,重点分析了上述因素对离子电导率的影响机理。综合分析表明,为了制备高电导率且强耐碱性的阴离子交换膜,进一步改性研究提高碱性功能基团离子电导率和碱性稳定性,优化聚合物主链结构,构建高效、有序的离子传输通道是未来的主要研究方向。

碱性直接甲醇燃料电池含氟阴离子交换膜的制备及性能研究

以甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸三氟乙酯为单体,经过自由基聚合反应、成膜和碱化3个步骤制备氢氧型的DMAEMA/TFMA聚合物阴离子交换膜,系统表征该聚合物膜的结构和性能.结果表明:室温下其电导率可达10-2 S.cm-1;该膜的甲醇渗透系数低于10-7 cm2.s-1;以该膜组装的单电池在室温下的最大功率密度为43.2 mW/cm2,在燃料电池中有良好的应用前景.

碱性燃料电池用阴离子交换膜的研究进展

阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)因其具有环境友好、可使用非贵金属催化剂、电极反应速率快等特点而受到广泛关注。阴离子交换膜(AEMs)是AEMFCs的核心部件,其性质决定着燃料电池的性能、能量效率和使用寿命。从具有不同骨架结构的聚合物出发,介绍了聚苯醚、聚芳醚砜、聚烯烃和聚苯并咪唑等不同聚合物骨架结构的阴离子交换膜的制备、性能和应用,同时对具有不同聚合物骨架结构的阴离子交换膜在应用方面存在的问题及应用前景进行了评论和展望。

嵌段型碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备与表征

本文以联苯聚芳醚为主要原料制备了阴离子交换膜前体,经过溴甲基化、成膜、季铵化和碱化处理得到嵌段型碱性燃料电池用阴离子交换膜。并对此阴离子交换膜的离子交换容量、电导率、稳定性及碱性燃料电池的功率密度进行了表征,结果表明:此阴离子交换膜离子交换容量为1.81 mmol/g,室温下电导率为28 mS/cm,80℃碱性条件下15天后的电导率保持率为85%,60℃时碱性燃料电池的功率密度可达220 mW/cm^2。

燃料电池用碱性阴离子交换膜的研究进展

碱性阴离子交换膜(AAEM)是碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)的核心部件,起到阻隔阴阳两极和传导OH-的双重作用,其性能好坏直接影响到AAEMFC的性能和使用寿命。从膜的结构和制备方法分类,综述了碱性阴离子交换膜燃料电池用有机-无机杂化膜、掺杂型膜及均相膜的特性和研究现状。

用于碱性膜燃料电池的SEBS基阴离子交换树脂

碱性阴离子交换树脂作为碱性膜燃料电池膜电极催化层中的离子导体和粘结剂,对构建稳定的立体化电极催化层结构以及碱性膜燃料电池的性能和稳定性具有重要影响。以聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)三嵌段聚合物(SEBS)为基材,经过氯甲基化、三乙胺季胺化、碱化,制备了不溶于水,但能够溶于低沸点溶剂(正丙醇和四氢呋喃混合溶剂)的阴离子交换树脂(AEI)。通过流延法将AEI成膜,并且测试了膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量和氢氧根离子电导率,结果表明:膜的溶胀率为20%,离子交换容量为0.21 mmol/g,在80℃时离子电导率达到16.2 mS/cm。用这种AEI制备电极组装电池,在H_2/O_2碱性膜燃料电池的测试中表现出良好的性能和稳定性,电池的开路电压达到1.04 V,峰值功率密度达到153 mW/cm^2;在100 mA/cm^2电流密度条件下的稳定性测试中,初始电池电压在0.7 V以上,电池运行30 h后,电池电压未发生明显降低。

燃料电池用阴离子交换膜:基于优化离子电导率的结构调控研究

燃料电池具有能量密度大、转化率高、操作温度低、环境友好等优点,有望成为新能源技术中最具应用前景的绿色能源之一.燃料电池用阴离子交换膜具有分隔燃料与氧化剂并传导OH-的功能,是碱性燃料电池的关键部件.阴离子交换膜在近几十年迅速发展,但仍处于初始阶段,普遍存在离子电导率低的问题.本文总结了影响阴离子交换膜离子电导率的因素,重点介绍优化离子电导率的结构调控,分析了微相分离结构与离子电导率的关系,最后提出在研究过程出现的问题.

氮/硫双杂化非贵金属碱性阴离子膜燃料电池阴极非铂催化剂

以吡咯和对甲苯磺酸(TsOH)作为碳载过渡金属催化剂的掺杂剂,经溶剂分散及600℃热处理制备了一种高效催化氧还原反应(ORR)的碳载双杂化过渡金属催化剂(Fe-N/C-TsOH-600).利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的结构进行表征.运用旋转圆盘电极(RDE)技术研究了该催化剂在碱性介质中催化氧还原的电化学催化活性和稳定性,探讨了不同浓度甲醇溶液对Fe-N/C-TsOH-600催化剂催化氧还原活性的影响.结果表明,以Fe-N/C-TsOH-600制备的气体扩散电极在0.1 mol/L KOH电解质溶液中对氧具有很高的选择催化还原活性和稳定性.当电极经过4800圈循环伏安(CV)扫描测试后,催化剂催化氧还原的性能基本保持稳定,并以4电子途径将氧气催化还原.此外,研究还发现,Fe-N/C-TsOH-600在混有甲醇的碱性电解质溶液中对氧的催化还原选择性比商业Pt/C催化剂高.XPS结果表明,吡咯氮是催化剂高效催化氧还原的主要活性中心,提供氧还原的活性位,而TsOH作为供硫掺杂剂对提高催化剂的活性具有重要作用,其加入后形成的C—S—C有利于催化剂催化氧还原活性的提高,从而使该催化剂对氧还原表现出很好的电催化性能和选择性.

碱性燃料电池用阴离子交换膜的改性研究

阴离子交换膜(AEM)是碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)的关键部件之一,对碱性阴离子交换膜燃料电池的综合性能具有重要的影响。结构改性是提高阴离子交换膜性能的有效手段,文章综述了碱性燃料电池用阴离子交换膜的改性的一些研究成。

碱性燃料电池用阴离子交换膜材料的研究进展

碱性阴离子交换膜(AEM)是碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)的最重要组成部分,它必须严格达到机械、化学和热力学方面的要求,并能确保跟电极接触良好,契合不同规则的电极形状。本文概述了碱性燃料电池用阴离子交换膜材料的应用、分类及发展趋势。

车用燃料电池阴离子交换膜材料研究进展

介绍了车用燃料电池阴离子交换膜材料的研究进展和制备方法。阴离子交换膜材料可分为主链型、侧链型、超支化型及交联型。主链型阴离子交换膜材料耐热性能、力学性能和离子交换性能优异,但耐碱性较差;侧链型阴离子交换膜材料结构与性能易调控,耐碱性优异;超支化结构和交联结构能够赋予阴离子交换膜材料更高的耐水性、耐碱性、稳定性和离子传导性能。阴离子交换膜材料主要通过直接聚合法和后功能化法制备,两种方法优缺点各异,需根据实际情况进行选择。

壳聚糖制碱性燃料电池阴离子交换膜的研究

阴离子交换膜(Anion Exchange Membrane, AEM)是碱性聚合物电解质膜燃料电池(Alkaline Polymer Electrolyte Mmbrane Fuel Cell, APEMFC)的核心部件,目前由于氢氧根离子传导率低和稳定性差等问题而无法广泛推广运用。本文尝试运用亲生性材料壳聚糖(CS)制备AEM,对其进行表征和性能研究,并向高分子膜基质中引入无机材料氧化石墨烯(GO)制备复合膜构筑离子通道以提高传导率,同时运用两类材料间的相互作用提高膜的稳定性。发现复合膜的性能较壳聚糖膜大幅提高,离子传导率超过2 × 10?2S?cm?1,正常工作下的能量密度达到1.96 mW?cm?2。

醚氧-烷基间隔三离子侧链型PBI碱性膜研究

基于侧链接枝改性合成了一系列具有醚氧-烷基-醚氧链段间隔分布的三阳离子侧链型聚苯并咪唑膜(oat-PBI-x)。侧链中两段柔性的含醚链段有助于亲水通道和氢键网络的形成,促进OH-快速传递,而己烷基间隔段可打破侧链全亲水属性,有效抑制膜过度溶胀。在IEC为1.40 mmol/g时膜的综合性能达到最佳。80℃时电导率为144.4 mS/cm,拉伸强度保持在21 MPa,在80℃、1 mol/L KOH溶液中浸泡900 h后电导率保留率为91.7%。将其应用于H_(2)/O_(2)燃料电池,可在1549 mA/cm^(2)的高电流密度下达到611 mW/cm^(2)的峰值功率密度。

燃料电池杂化阴离子交换膜的制备与性能研究

将带有季铵基团的季铵化聚乙烯醇(QAPVA)材料与无机纳米TiO2颗粒一起,制备了TiO2含量分别为2%,5%和10%的QAPVA/TiO2杂化膜。TiO2的加入不仅使得膜材料的热稳定性提高,且膜的阻醇性能得到了极大提高,在60℃时,TiO2含量2%,5%和10%的3种膜的甲醇渗透率分别为5.71×10-7cm2 s-1,6.50×10-7cm2 s-1,6.88×10-7cm2s-1,比其他QAPVA膜降低了一个数量级。通过比较膜的电导率和甲醇渗透率的比值(C/M),显示3种QAPVA/TiO2杂化膜C/M比值高于单纯的有机膜,且达到燃料电池应用要求。

燃料电池用阴离子交换膜的研究进展

综述了国内外燃料电池用阴离子交换膜的研究现状和性能水平。结合阴离子聚合物膜燃料电池(AEMFCs)在实际应用中所遇到的关键问题,讨论了各种材料结构对膜性能的影响和阴离子交换膜的发展方向。

气体扩散电极参数对阴离子交换膜燃料电池性能的影响(英文)

优化了碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)使用的气体扩散电极(GDE),发现催化层中PTFE含量与催化剂担载量对电池性能与其电化学动力学特征影响很大.采用i-V曲线,开路电压,电池内阻与在线的电化学阻抗谱与动力学分析,评估了所制GDE的电化学性能.在所研究的AAEMFC电极催化层中,PTFE的最佳含量是20%,Pt载量对膜电极三相界面、催化层导电性与催化剂利用率的影响极大.当制备的GDE催化层中Pt/C的Pt载量为1.0 mg/cm2,PTFE含量为20%时,AAEMFC的峰电流密度在50 oC达到了213mW/cm2.兼顾Pt催化剂的利用率与成本,在没有明显影响电池性能的情况下,Pt的担载量可降至0.5 mg/cm2.

Guanidine分子在燃料电池用阴离子交换膜中的应用

以壳聚糖(CS)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)为原料,制备季铵化壳聚糖(QCS),将其与小分子游离胍(Guanidine)共混,借助戊二醛(GA)的化学交联作用,将季铵化壳聚糖中的氨基以及胍中的氨基交联,形成网状结构,由此制得含有不同含量Guanidine分子的交联QCS-G阴离子交换膜。实验过程中,对该膜的含水率、溶胀度、力学强度、电导率及耐碱稳定性等进行了详细的考察。结果表明,游离胍的引入可有效地提高膜的电导率和耐碱稳定性,同时降低了膜的溶胀度及含水率。其中小分子游离胍质量分数为2.5%的膜(QCS-G2.5%)在70℃时的电导率可达到6.58×10^(-2)S/cm;在10 mol/L NaOH溶液中浸渍72 h后该膜70℃测得的电导率损失仅为3.8%,离子交换量损失仅为3.82%,表明该膜的耐碱性能较好。