PTFE-Nafion复合质子交换膜研究

将Nafion溶液与溶剂的混合溶液涂敷在PTFE膜上,制作成PTFE-Nafion复合膜.使用SEM、恒电位仪等仪器对复合膜进行测试分析,采用PN膜制作的CCM电极组装了电池堆进行测试.结果表明,PN复合膜具有良好的尺寸稳定性、较好的强度、很小的面电阻以及较小的气体透过率.对比了不同的PTFE基膜、不同的Nafion载量以及添加表面活性剂等对PN复合膜各项性能的影响.对PN复合膜制作出的CCM电极进行了性能测试,在同条件下其性能优于用Nafion212膜制作的CCM电极.

PEMFC用PTFE-Nafion复合质子交换膜研究

采用喷涂方法将Nafion溶液与溶剂的混合溶液涂敷在微孔PTFE膜上,制备了PTFE-Nafion复合膜。用复合膜制备了"三合一"膜电极并组装了电池堆进行测试。使用SEM、交流阻抗仪等仪器对复合膜进行测试分析。结果表明:复合膜的氢气透过率在10-8～10-9kPa.cm.S之间;与Nafion212膜相比,复合膜具有更小的面电阻;PTFE基膜、Nafion载量以及表面活性剂等对复合膜性能有显著影响。采用复合膜制备"三合一"膜电极的电池在放电电压0.6V下电流密度达到1.1A/cm2,优于用Nafion212膜制备的膜电极。

金属有机骨架(MOFs)基复合质子交换膜的研究进展

近年来,金属有机骨架(MOFs)材料由于具有超大的比表面积和丰富的孔道结构,作为一种新型的质子导体在质子交换膜中的应用受到越来越多的关注。随着研究的不断深入,为进一步提升MOFs复合质子交换膜的各项性能,MOFs材料在质子交换膜中的物理形态逐渐由颗粒状向连续相发展,MOFs材料的组分也呈现出由单一组分到双组分的发展态势。本文以质子交换膜中MOFs材料的物理形态为主线,将其划分为MOFs晶体/聚合物质子交换膜、第三相增强MOFs/聚合物复合质子交换膜和MOFs纳米纤维/聚合物复合质子交换膜,全面综述了MOFs材料在质子交换膜中的研究进展,并对MOFs复合质子交换膜的发展方向进行了展望。

磺化聚苯乙烯/侧链交联型磺化聚芳醚酮砜复合质子交换膜的制备与性能

如何平衡质子交换膜(PEM)的吸水性与尺寸稳定性及质子传导与甲醇渗透之间的关系一直是PEM材料的研究热点.本文通过直接缩聚法合成了含有丙烯基的聚芳醚酮砜共聚物(PAEKS),利用自由基接枝反应将磺化聚苯乙烯(SPS)和苯乙烯磺酸钠通过丙烯基引入到PAEKS中,制备了一系列磺化聚苯乙烯/侧链交联型磺化聚芳醚酮砜交联复合膜cr-SPAEKS-x(其中x代表复合膜中磺酸基团的含量),利用核磁共振波谱及红外光谱对其进行了表征.由扫描电子显微镜照片可见,SPS和苯乙烯磺酸钠在交联复合膜中分布非常均匀,没有发生任何分相现象.交联网络结构的形成提高了膜的热稳定性、氧化稳定性及力学性能.同时其独特的亲/疏水相分离结构和交联网络结构也有效提高了交联复合膜的尺寸稳定性和阻醇性能,80℃时磺酸基团含量最高的cr-SPAEKS-120%膜在高达63.5%的吸水率下溶胀率仅为20.1%,甲醇渗透系数最高为3.47×10^(-7) cm^(2)/s,远低于Nafion117的23.80×10^(-7) cm^(2)/s.独特的链结构形成的亲/疏水相分离结构使得该系列膜具有较好的质子传导性能,cr-SPAEKS-120%膜在20和80℃下的质子传导率分别达到0.043和0.113 S/cm,可见该系列交联复合膜在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.

纳米纤维复合质子交换膜研究

质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,决定了其整体性能。目前的PEM存在高甲醇渗透率、价格昂贵等问题,限制了其商业应用。随着纳米复合材料技术的发展,将纳米纤维引入PEMs制备纳米纤维复合质子交换膜(NCPEMs)得到了广泛研究。在NCPEM中,纳米纤维可以形成质子传输的远程通道,并增强骨架以达到PEMFCs的目标性能。文章以NCPEM为重点,综述了NCPEM制备技术的最新进展。此外,还从纤维组成方面综述了有机-功能化有机纳米纤维和有机-无机杂化纳米纤维的纳米纤维复合质子交换膜。

膜内掺Pt含量对质子交换膜电解水性能与氢渗透的影响

针对质子交换膜电解水制氢中存在的氢渗透安全隐患,该文通过超声喷涂将纳米Pt颗粒负载到膜上,并经过热压制备掺Pt复合膜,以缓解运行中的氢渗透。在保持膜电极总Pt含量不变的条件下,研究膜内不同掺Pt含量对性能与氢渗透的影响。结果表明,通过超声喷涂和热压成功将纳米Pt颗粒负载到膜中,并有效缓解了氢渗透。随着膜内掺Pt含量的增加,氢渗透通量降低,同时由于阴极Pt含量降低、欧姆损失增大,电解性能呈现逐渐降低的趋势。综合考虑氢渗透和电解性能,最佳的掺Pt含量为0.01 mg/cm^(2),在0.1 A/cm^(2)时,氧中氢含量仅为0.82%,与无Pt复合膜相比,氢渗透降低了50.32%,而电解电压仅增加约20 mV。长时间运行电解电压和氧中氢浓度相对较稳定,氧中氢浓度低于氢气爆炸下限。

SPBI/ePTFE质子交换复合膜的制备与性能表征

采用化学法-萘钠溶液对疏水增强聚四氟乙烯(ePTFE)基底改性,往基底孔中填充磺化聚苯并咪唑(SPBI)电解质,通过多次真空抽滤和热处理法制备SPBI/ePTFE-x质子交换复合膜。分别采用红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定法、干湿称重法和交流阻抗法等手段考察不同厚度的ePTFE基底对质子交换复合膜微观结构和性能的影响。结果表明:SPBI电解质成功填充于ePTFE基底中,膜表面光滑且致密。基底越厚可填充的SPBI越多,复合膜的IEC随基底ePTFE的厚度增加而增大,吸水率也随之增大。SPBI/ePTFE-5复合膜水平和厚度方向的溶胀度为5.26%和2.41%,说明具有较好的尺寸稳定性。SPBI/ePTFE-5复合膜基底厚度薄,传输质子的路径短,有利于质子间的传递,获得了最佳的质子电导率,在160℃时达到0.18S/cm,表明SPBI/ePTFE-5质子交换复合膜在高温下具有良好的质子传导性能。

二维材料复合质子膜的制备及其氕氚分离性能研究

采用溶液浇铸法分别制备了Graphene-Nafion和hBN-Nafion 2种二维纳米复合质子交换膜,利用XRD､ATR-FT-IR和SEM对复合膜的结构及微观形貌进行表征,并对复合膜的离子交换容量､质子电导率､机械性能和热稳定性进行测试,结果表明,Graphene和hBN纳米片均匀地分散于Nafion基体内部。相较于重铸Nafion膜(空白对照样品),复合膜的离子交换容量､质子电导率以及机械性能均有不同程度的提升,特别是在掺入质量分数为0.50%时,Graphene-Nafion和hBN-Nafion复合膜的质子传导性能约为重铸Nafion膜的1.25倍和1.14倍。通过对比Graphene-Nafion和hBN-Nafion 2种复合膜的氕氚分离性能发现,在初始氚水比活度为3.51×10^(7)Bq/L时,持续电解超过60 h,2种复合膜的氕氚分离系数分别为5.73和8.46,氚回收率分别为78.53%和85.35%,表明hBN-Nafion复合膜具有更好的氕氚分离性能。

车用燃料电池质子交换膜研究进展

氢燃料电池汽车被认为是真正的环保新能源清洁动力汽车,质子交换膜作为其核心部分,它性能的好坏直接影响着燃料电池的性能与使用寿命。文章介绍了三类质子交换膜的研究情况,并提出静电纺丝技术能够通过控制材料形态来调整材料性能,在质子交换膜生产领域具有广阔的前景;发掘能够多方面提升质子交换膜性能的材料或者将多种填料复合改性将成为质子交换膜领域新的研究方向;为车用质子交换膜领域提供了新思路。

质子交换膜燃料电池复合材料双极板的研究

以高分子预聚物为粘合剂,天然或人造石墨为导电骨料,通过模压一次成型制备质子交换膜燃料电池双极板。研究了导电骨料的组分、树脂的种类及其含量,成型温度、成型压力对双极板性能的影响。结果表明:1)导电骨料的组分、树脂的种类及其含量对制品的性能影响较大;成型温度、成型压力对制品的性能影响较小。2)人造和天然两种石墨混合组分为导电骨料的制品,其导电性能明显高于单一石墨组分的制品;乙烯基树脂为粘合剂的性能优于以邻苯基树脂为粘合剂的双极板的性能。3)使用质量分数为16%～18%的乙烯基树脂作粘结剂,在成型压力为10MPa～20MPa,成型温度为150℃～200℃时制备的复合材料双极板的电导率>300S cm,抗折强度>30MPa,空气透气率为10-7cm2 s。

质子交换膜燃料电池Nafion/PTFE复合膜的研究

在聚四氟乙烯 (PTFE)多孔膜内浸入Nafion 树脂 ,制成Nafion /PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池 (PEMFC) .该复合膜的Nafion 含量在 5 0 %左右 ,在干态和湿态时的拉伸强度及水化 /脱水过程中 ,其尺寸稳定性比Nafion 均有所提高 .在 80℃ ,H2 /O2 压力为 0 .2 / 0 .2MPa条件下 ,用 2 5 μm厚复合膜组装的电池性能优于Nafion 117膜组装电池的性能 .测量了复合膜的O2 渗透率和含水量并与Nafion

纤维复合磺化SBS质子交换膜的制备和性能

介绍了磺化聚苯乙烯 -丁二烯 -苯乙烯嵌段共聚物 ( S- SBS)低温质子交换膜的制备和表征 ,并以 S- SBS为基体 ,与经过偶联剂处理的玻璃纤维毡复合 ,制备出复合 S- SBS膜。并研究了复合 S- SBS膜与 S- SBS膜的拉伸强度、质子传导性、吸水率、溶胀率、离子交换当量 ( IEC)等性能的变化。结果表明 ,纤维复合可在对膜的传导性能影响很小的情况下 ,大大提高膜的拉伸强度 ,并且膜的溶胀率明显减小 。

磺化聚芳醚酮砜/ZrO2复合型质子交换膜的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了纳米ZrO2无机粒子,再通过溶胶共混法制备了不同ZrO2含量的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)复合膜.红外光谱显示复合膜中存在Zr—O—Zr吸收峰.扫描电镜照片显示纳米ZrO2无机粒子能够均匀地分散在SPAEKS聚合物基体中,未发生团聚现象.通过对复合膜的性能测试发现,纳米ZrO2无机粒子的引入提高了复合膜的热稳定性、吸水率和质子传导率.在80℃时,SPAEKS/ZrO2-10%(质量分数)复合膜的甲醇渗透系数为5.6×10-7 cm2/s,低于SPAEKS膜的甲醇渗透系数(6.7×10-7 cm2/s).同时,复合膜在80℃时的质子传导率都在0.08 S/cm以上.

SPEEK／P4VP酸碱复合质子交换膜的制备与性能

利用4-乙烯吡啶(4-VP)碱性单体与磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混,通过热聚合方法制备了SPEEK/P4VP酸碱复合质子交换膜,并考察了引发剂种类、用量和P4VP添加量对复合膜制备和性能的影响。质量分数为0.2%的偶氮二异丁腈较适宜作为引发剂制备复合膜;P4VP的添加使得复合膜的质子传导率和离子交换容量IEC(IEC=mmol SO3H/g drymembrane)略有下降,但复合膜的吸水率降低,抑制溶胀能力增强,且温度越高,抑制能力越为明显,此外复合膜的阻醇性能和拉伸屈服应力也有所提高,当4-VP的含量在50%(质量分数,下同)时,复合膜的甲醇渗透率与SPEEK和Nafion膜相比分别下降了70%和99%。

含有POSS的复合型质子交换膜的制备及性能

燃料电池作为一种高效环保的绿色能源,有望获得重要应用.作为聚合物电解质膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的核心部件,质子交换膜的研制是该领域的热点.针对目前具有产业化规模的Nation膜所表现的使用温度低及阻醇性差等缺点，开发能够替代Nation的下一代高性能质子交换膜备受关注[1]．

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,该干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.

有机/无机纳米复合质子交换膜的研究进展

通过有机 无机复合的方法可以得到聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFCs)中用的纳米复合质子交换膜 ,膜的工作温度、保水能力、机械强度、抗渗透性能和薄膜的综合性能都有大幅度的提高。本文评述了研究得较多的几类有机 无机纳米复合质子交换膜的性能特点及最新研究进展 ,提出了有机 无机复合质子导电薄膜材料的一些设计和制备原则。

磺化聚醚砜/磷酸硼复合质子交换膜的制备与性能

采用sol-gel法成功制备了一系列有望用于高温质子交换膜燃料电池的新型磺化聚醚砜(SPES)/磷酸硼(BPO4)复合膜,并经热重分析(TGA)-傅立叶变换红外光谱(FTIR)联用技术、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等对膜的结构和性能进行了表征.结果表明,复合膜较纯SPES膜具有更高的热稳定性和玻璃化转变温度,较低的溶胀性及较高的氧化稳定性;SEM图片显示BPO4在聚合物基体中的分布十分均匀,这将有利于连续质子传输通道的形成;复合膜的质子传导率随BPO4含量的增加而增加,当温度超过120℃后,复合膜仍保持着较高的质子传导率,这表明该复合膜在高温质子交换膜燃料电池中具有良好的应用前景.

燃料电池的复合质子交换膜研究——不同多孔聚四氟乙烯底膜对复合膜性能的影响

把Nafion树脂浸入到不同的聚四氟乙烯 (PTFE)多孔膜孔中 ,制成Nafion/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。从SEM照片上看 ,Nafion树脂已均匀地分布在PTFE多孔膜中 ,而且已有一层均匀的薄Nafion膜存在于PTFE多孔膜表面。在 80℃ ,pH2 /pO2 为 0 .2MPa/0 .2MPa条件下 ,对比基于不同PTFE膜的复合膜组装的电池性能 ,结果表明 ,PTFE膜中孔的体积越大 。

纳米SiO_2/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。