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Modified silicon carbide whisker reinforced polybenzimidazole used for high temperature proton exchange membrane 被引量:1
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作者 Yangben Cai Zhouying Yue +1 位作者 Qianlu Jiang Shiai Xu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第3期820-825,共6页
Polybenzimidazole containing ether bond(OPBI) was reinforced with silicon carbide whisker(m Si C) modified by 3-aminopropyltriethoxysilane(KH550), and then doped with phosphoric acid(PA) to obtain OPBI/m Si C/... Polybenzimidazole containing ether bond(OPBI) was reinforced with silicon carbide whisker(m Si C) modified by 3-aminopropyltriethoxysilane(KH550), and then doped with phosphoric acid(PA) to obtain OPBI/m Si C/PA membranes. These OPBI/m Si C/PA membranes have excellent mechanical strength and oxidative stability and can be used for high temperature proton exchange membrane(HT-PEM). The tensile strength of OPBI/m Si C/PA membranes ranges from 27.3 to 36.8 MPa, and it increases at first and then decreases with the increase of m Si C content. The high m Si C content and PA doping level contribute to improving the proton conductivity of membranes. The proton conductivity of PBI/m Si C-10/PA membrane is 27.1 m S cm-1 at 170℃ without humidity, with an increase of 55.7% compared with that of OPBI/PA membrane. These excellent properties make OPBI/m Si C/PA membranes promising membrane materials for HT-PEM applications. 展开更多
关键词 Polybenzimidazole Silicon carbide whisker phosphoric acid doping proton exchange membrane proton conductivity
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TBHQ抗氧剂对全氟磺酸质子交换膜的耐久性影响
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作者 邓强 黄林 +2 位作者 杨小贞 汪洋 东为富 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期49-56,共8页
系统研究了一种低成本工业抗氧剂-特丁基对苯二酚(TBHQ)对全氟磺酸(PFSA)质子交换膜耐久性的影响,由于这种抗氧剂不会结合磺酸基造成质子传导能力损失,且迁移率低,因此有望在维持膜性能的同时提供优异的耐久性.首先通过流延法制备了PFSA... 系统研究了一种低成本工业抗氧剂-特丁基对苯二酚(TBHQ)对全氟磺酸(PFSA)质子交换膜耐久性的影响,由于这种抗氧剂不会结合磺酸基造成质子传导能力损失,且迁移率低,因此有望在维持膜性能的同时提供优异的耐久性.首先通过流延法制备了PFSA/TBHQ复合膜,确定TBHQ最佳添加量为质量分数1%,膜的最适热处理温度为140℃,利用扫描电子显微镜、万能拉力试验机、热重分析仪、电化学工作站和燃料电池测试仪等多种仪器研究了膜的结构与性能.Fenton加速氧化性测试结果表明,降解24 h后复合膜的质子传导率比纯膜高45.1%;将膜制备成膜电极并利用开路电压保持法测试了膜电极的耐久性,结果表明,经过48 h的开路运行之后,复合膜的最大功率密度比纯膜高28.48%,同时膜电极寿命也显著提升. 展开更多
关键词 质子交换膜 全氟磺酸 特丁基对苯二酚 高温热处理 耐久性
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磷酸掺杂磺化聚(亚芳基醚)-聚(N-乙烯基咪唑)膜电化学性能研究
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作者 史晋宜 魏庆玲 《化工生产与技术》 CAS 2023年第4期11-14,I0003,共5页
使用磺化聚芳基醚(SDF-F)作为酸性聚合物、聚(N-乙烯基咪唑)(PVIm)作为碱性聚合物,合成了用于高温工作的磷酸掺杂磺化聚(亚芳基醚)-聚(N-乙烯基咪唑)(SDF-F/PVIm)质子交换膜,进行了热损失、电导率、阻抗光谱和单电池性能测试。结果表明,... 使用磺化聚芳基醚(SDF-F)作为酸性聚合物、聚(N-乙烯基咪唑)(PVIm)作为碱性聚合物,合成了用于高温工作的磷酸掺杂磺化聚(亚芳基醚)-聚(N-乙烯基咪唑)(SDF-F/PVIm)质子交换膜,进行了热损失、电导率、阻抗光谱和单电池性能测试。结果表明,SDF-F/PVIm膜热稳定性良好。在无水条件下,交联膜在150~200℃具有很高的质子电导率,且电导率随着温度的升高而增加。在不同的温度下单电池的性能表现优异,在190℃时,可以获得528 mW/cm2最大功率密度,且无需外部加湿。合成的SDF-F/PVIm有望成为高温PEMFCs的新型聚合物电解质。 展开更多
关键词 磺化聚(亚芳基醚)-聚(N-乙烯基咪唑)质子交换膜 磷酸掺杂 电化学 性能
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膦(磷)酸功能化硅氧烷高温质子交换膜研究进展 被引量:2
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作者 李伟 沈春晖 +1 位作者 李慧琳 尹珊珊 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第15期22-27,共6页
膦(磷)酸功能化硅氧烷质子交换膜是最有望应用于高温质子交换膜的新材料。综述了膦(磷)酸功能化硅氧烷高温质子交换膜的研究进展,重点讨论了环氧开环、自由基共聚、形成酸碱对以及膦酸酯基硅氧烷水解交联4种不同的将膦(磷)酸键合在杂化... 膦(磷)酸功能化硅氧烷质子交换膜是最有望应用于高温质子交换膜的新材料。综述了膦(磷)酸功能化硅氧烷高温质子交换膜的研究进展,重点讨论了环氧开环、自由基共聚、形成酸碱对以及膦酸酯基硅氧烷水解交联4种不同的将膦(磷)酸键合在杂化膜中的方式,并从物理化学稳定性、电导率等方面比较各种质子交换膜的性能,最后展望了膦(磷)酸功能化硅氧烷高温质子交换膜的发展趋势。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 高温质子交换膜 膦(磷)酸 硅氧烷 化学键合
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PVP改性酸碱复合高温质子交换膜的制备 被引量:4
5
作者 张林 张鑫 +3 位作者 沈春晖 郭宇星 谢颖 姜育阳 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期35-40,共6页
以氨基三甲叉膦酸(ATMP)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用溶胶–凝胶法制备了ATMP/APTES酸碱复合质子交换膜及其PVP改性膜,利用傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、综合热分析仪质谱联用等对膜材料... 以氨基三甲叉膦酸(ATMP)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用溶胶–凝胶法制备了ATMP/APTES酸碱复合质子交换膜及其PVP改性膜,利用傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、综合热分析仪质谱联用等对膜材料进行表征和测试。结果表明,PVP与质子膜相容性良好,PVP的添加在一定程度上能提高质子膜的抗氧化性、尺寸稳定性和耐水解性。质子电导率随温度、离子交换容量值及PVP含量增加而升高,在140℃干燥环境下含有质量分数2%PVP改性膜的电导率可达1.73×10^(–2) S/cm,且ATMP/APTES/PVP膜具有良好的热稳定性,基本满足高温低湿度运行要求。 展开更多
关键词 高温质子交换膜 膦酸 酸碱离子对 聚乙烯吡咯烷酮改性
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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 被引量:1
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作者 张肖肖 杨守坤 +7 位作者 章圆方 夏蕾 付旭东 张荣 胡圣飞 赵锋 李骁 刘清亭 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期143-149,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 质子交换膜 聚(2 5-苯并咪唑) 海泡石 磺化 磷酸掺杂 低温
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聚苯并咪唑类高温质子交换膜研究进展 被引量:2
7
作者 李涛 林蔚然 +1 位作者 张韬毅 祝桂香 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期128-132,共5页
综述了聚苯并咪唑(PBI)的分子合成与结构改性方法,PBI的合成方法由最初的本体熔融固相法逐渐发展为应用更广泛的溶液缩聚法、亲核取代法和母体法等;从分子设计的角度对PBI的改性方法研究进行了总结和分析,包括在PBI聚合物主链及侧链引... 综述了聚苯并咪唑(PBI)的分子合成与结构改性方法,PBI的合成方法由最初的本体熔融固相法逐渐发展为应用更广泛的溶液缩聚法、亲核取代法和母体法等;从分子设计的角度对PBI的改性方法研究进行了总结和分析,包括在PBI聚合物主链及侧链引入大空间位阻功能基团(带有苯环侧基的吡啶基团)、柔性基团(柔性醚结构)和质子传导基团(磺酸基团)。重点探讨了酸掺杂PBI高温质子交换膜的质子传导性能、热稳定性能、化学稳定性能及力学性能的影响因素及改善途径。最后指出了PBI高温质子交换膜研究存在的问题和今后的发展方向。 展开更多
关键词 质子交换膜 聚苯并咪唑 高温燃料电池 磷酸掺杂膜
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高温浸渍法PBI/H3PO4复合膜特性及电池性能研究 被引量:1
8
作者 李进 李晓锦 +2 位作者 鲁望婷 邵志刚 衣宝廉 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期758-760,780,共4页
以国产3,3'-二氨基联苯胺和间苯二甲酸为单体,合成了具有良好溶解性的聚苯并咪唑(PBI)树脂。通过红外和核磁共振表征证实了聚苯并咪唑的结构。溶液浇铸法制备了PBI膜,并利用高温浸渍法制备了PBI/H3PO4复合膜,考察了浸渍温度对膜特... 以国产3,3'-二氨基联苯胺和间苯二甲酸为单体,合成了具有良好溶解性的聚苯并咪唑(PBI)树脂。通过红外和核磁共振表征证实了聚苯并咪唑的结构。溶液浇铸法制备了PBI膜,并利用高温浸渍法制备了PBI/H3PO4复合膜,考察了浸渍温度对膜特性的影响。相对于室温浸泡,高温浸泡磷酸降低了复合膜的初始水含量,有利于提高膜中酸含量,从而提高电池性能。采用PBI作为粘结剂、聚偏氟乙烯(PVDF)作为憎水剂、Pt/C为催化剂制备了催化层,通过优化催化层中各组分配比制备了膜电极,并采用无增湿氢气和氧气对膜电极性能进行了测试,在表压0.2MPa、150℃的条件下,电池最大功率密度达到1.537W/cm2。 展开更多
关键词 高温质子交换膜 聚苯并咪唑 合成 高温酸浸渍法 电极
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新型聚苯并咪唑磷酸掺杂膜制备工艺的研究
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作者 李秀平 刘程 +1 位作者 王鑫 蹇锡高 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期743-748,共6页
以NMP为溶剂,通过溶液浇铸法,将主链含杂萘联苯结构的聚苯并咪唑(PPBI)铺制成膜。采用不同磷酸浓度、掺杂温度和掺杂时间,对PPBI膜进行磷酸掺杂,得到不同掺杂程度的膜。PPBI膜的磷酸掺杂程度分别随着磷酸浓度、掺杂温度和掺杂时间的增... 以NMP为溶剂,通过溶液浇铸法,将主链含杂萘联苯结构的聚苯并咪唑(PPBI)铺制成膜。采用不同磷酸浓度、掺杂温度和掺杂时间,对PPBI膜进行磷酸掺杂,得到不同掺杂程度的膜。PPBI膜的磷酸掺杂程度分别随着磷酸浓度、掺杂温度和掺杂时间的增加而呈现增大的趋势。当掺杂时间超过20 h,掺杂程度趋于最大值而不再随时间的增大而增大,较优掺杂时间为30 h。在180℃温度条件下14.7 M的浓磷酸中掺杂能够得到最高掺杂度(15.2 mol H_3PO_4)的PPBI膜。将不同掺杂度的膜进行力学性能、质子传导率和耐氧化性的测试,发现膜的力学性能、传导性能和耐氧化性均依赖于掺杂程度。PPBI膜的质子传导率随着磷酸掺杂程度的增大而增大,尤其在高掺杂程度下这种趋势更加明显。PPBI膜的机械强度和耐氧化性随着掺杂程度的增大而降低,此系列PPBI膜的机械强度和耐氧化性均能够满足燃料电池质子交换膜的要求。 展开更多
关键词 杂萘联苯 聚苯并咪唑 磷酸掺杂 质子交换膜 实验设计
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中高温质子交换膜燃料电池催化剂研究进展 被引量:5
10
作者 罗芳 潘书媛 杨泽惠 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第9期58-70,共13页
中高温质子交换膜燃料电池作为一种新型能量转换装置,具有环境友好、能量转换效率高、氢气纯度要求低等特点。催化剂作为电化学反应的核心,其性能极大影响着燃料电池的整体工作效率,目前针对中高温燃料电池催化剂的研究主要集中在电化... 中高温质子交换膜燃料电池作为一种新型能量转换装置,具有环境友好、能量转换效率高、氢气纯度要求低等特点。催化剂作为电化学反应的核心,其性能极大影响着燃料电池的整体工作效率,目前针对中高温燃料电池催化剂的研究主要集中在电化学反应动力学较慢的阴极氧还原催化剂。磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PA-PBI)为常用的高温质子交换膜,由于磷酸与PBI的结合力差,在长时间运行过程中磷酸容易渗透到催化剂层,造成磷酸在铂基催化剂表面的强吸附导致催化剂中毒的问题,并且氧分子在磷酸中溶解度低。基于以上问题,本文综述了铂基催化剂、非铂催化剂和非金属催化剂在中高温质子交换膜燃料电池中的应用现状,重点阐述了表面修饰、合金化、载体效应等策略对催化剂在磷酸电解液中的氧还原反应动力学的影响。最后针对目前中高温质子交换燃料电池催化剂发展方向进行了探讨和展望。 展开更多
关键词 中高温质子交换膜燃料电池 磷酸中毒 氧溶解度 铂基催化剂 非铂催化剂 非金属催化剂
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高温质子交换膜燃料电池催化层孔尺度模拟 被引量:2
11
作者 段康俊 Roswitha ZEIS 隋邦傑 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期34-43,共10页
为了研究磷酸在高温质子交换膜燃料电池催化层中再分布对电极性能的影响,使用聚焦离子束电子扫描显微镜对自制的扩散电极成像,重构得到了三维的催化层几何模型;采用多弛豫时间格子玻尔兹曼模型对磷酸在催化层的迁移行为进行仿真,模拟得... 为了研究磷酸在高温质子交换膜燃料电池催化层中再分布对电极性能的影响,使用聚焦离子束电子扫描显微镜对自制的扩散电极成像,重构得到了三维的催化层几何模型;采用多弛豫时间格子玻尔兹曼模型对磷酸在催化层的迁移行为进行仿真,模拟得到递减型和准均匀型2种不同的磷酸分布形式;采用孔尺度模型求解不同条件下的电极传输性质。结果表明在磷酸含量较低时,准均匀型的磷酸分布具有稍优的电化学活性表面积和稍差的氧气和水蒸气有效扩散系数;在磷酸含量较高时,2种分布的电化学活性表面积相似,但是准均匀型分布具有更好的氧气和水蒸气有效扩散系数。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 催化层 磷酸 格子玻尔兹曼模型 孔尺度模型
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燃料电池用磷酸掺杂高温质子交换膜研究进展 被引量:14
12
作者 卢善富 徐鑫 +1 位作者 张劲 相艳 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期565-572,共8页
高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)具有高温下电极反应动力学快、催化剂抗毒化能力强及水热管理简单的优点,是当今燃料电池的重要研究领域之一.作为HT-PEMFC的关键部件,高温质子交换膜直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命.磷酸掺杂... 高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)具有高温下电极反应动力学快、催化剂抗毒化能力强及水热管理简单的优点,是当今燃料电池的重要研究领域之一.作为HT-PEMFC的关键部件,高温质子交换膜直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命.磷酸掺杂型高温质子交换膜因其高温低湿或无水条件下较高的质子电导率、良好的化学稳定性及热稳定性等而成为高温质子交换膜材料的研究热点.但是,在实际应用过程中,其面临质子电导率与力学性能难以协同兼顾以及磷酸流失等问题.结合本课题组及国内外的文献报道,本文综述了磷酸掺杂高温质子交换膜的研究现状、关键科学问题及解决策略,展望了HT-PEM的未来发展方向. 展开更多
关键词 燃料电池 磷酸掺杂高温质子交换膜 质子电导率 力学性能 磷酸流失
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燃料电池用高温质子交换膜 被引量:6
13
作者 白钰 王拴紧 +2 位作者 肖敏 孟跃中 王成新 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第3期426-441,共16页
与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一。掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(10... 与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一。掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(100~200℃)和低相对湿度下具有较高的质子传导率,以及较长使用寿命而成为研究的热点。高的磷酸掺杂量有助于质子传导率的提升,但也会牺牲膜的机械强度,因此已有大量致力于提升膜综合性能的改性研究。本文对目前基于磷酸基的聚苯并咪唑类、聚芳醚类等高温质子交换膜的改性策略进行评述,并梳理总结了包括MOFs、COFs在内的新型多孔材料在质子交换膜领域的应用,最后指出了高温质子交换膜当前面临的挑战。 展开更多
关键词 燃料电池 磷酸掺杂 高温质子交换膜 聚苯并咪唑 聚芳醚 MOFS COFs
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支化型聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备与性能研究 被引量:12
14
作者 胡美韶 倪江鹏 +1 位作者 刘丹青 王雷 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第3期534-541,共8页
通过引入1,3,5-苯三酸作为支化结构,制备了一种新型的支化型聚醚聚苯并咪唑(OPBI)高温燃料电池质子交换膜,并对支化OPBI质子交换膜的磷酸掺杂率、抗氧化稳定性、机械性能以及质子传导率等一系列性质进行了深入研究.与线型聚苯并咪唑(PBI... 通过引入1,3,5-苯三酸作为支化结构,制备了一种新型的支化型聚醚聚苯并咪唑(OPBI)高温燃料电池质子交换膜,并对支化OPBI质子交换膜的磷酸掺杂率、抗氧化稳定性、机械性能以及质子传导率等一系列性质进行了深入研究.与线型聚苯并咪唑(PBI)相比,支化OPBI具有独特的三维空间结构,极大地提高了磷酸掺杂量,随着支化度的提高,磷酸掺杂率和质子传导率随之提高.支化度为9%时,聚合物的磷酸掺杂率高达9.2 PRU?1,质子传导率达到0.0314 S/cm.此外,支化OPBI膜的溶解性较线型PBI也有较大的改善,进一步提高了聚合物的可加工性.同时,支化OPBI膜的热稳定性和抗氧化稳定性也得到了一定程度的提高,虽然机械性能略有下降,但仍能满足高温燃料电池的使用要求. 展开更多
关键词 高温燃料电池质子交换膜 聚醚聚苯并咪唑 支化改性 磷酸掺杂率
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自交联聚乙烯亚胺-聚砜高温质子交换膜研究 被引量:8
15
作者 赵伟辰 徐鑫 +3 位作者 白慧娟 张劲 卢善富 相艳 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第1期69-75,共7页
为了制备出兼具高电导率和优异力学性能的高温质子交换膜,本工作采用化学自交联的方法将含氮功能基团聚乙烯亚胺(PEI,平均分子量200)接枝到氯甲基化聚砜(CMPSF)高分子链上制备磷酸掺杂型高温质子交换膜的基膜(PEI-PSF).其中,PEI上的含... 为了制备出兼具高电导率和优异力学性能的高温质子交换膜,本工作采用化学自交联的方法将含氮功能基团聚乙烯亚胺(PEI,平均分子量200)接枝到氯甲基化聚砜(CMPSF)高分子链上制备磷酸掺杂型高温质子交换膜的基膜(PEI-PSF).其中,PEI上的含氮功能基团既作为磷酸吸附位点,使高温质子交换膜获得高的质子传导率,同时又作为交联位点与CMPSF高分子链上的苄氯基团发生自交联反应,使聚合物膜具有优良的力学性能.傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱测试结果表明,CMPSF高分子链上的苄氯基团与PEI上的含氮功能基团发生完全反应,且随着聚砜氯甲基化程度的增加,膜中引入的PEI含量相应增加,进而提升了PEI-PSF膜的磷酸掺杂水平.氯甲基化程度为58%的PEI-PSF膜(PEI-PSF-58)磷酸吸附量达到122 wt%,在180℃无水条件下质子电导率达到3.4×10^-2 S·cm^-1,同时该复合膜拉伸强度达到30MPa.基于磷酸掺杂的PEI-PSF-58复合膜的高温质子交换膜燃料电池在150℃干气条件下的输出峰功率达到200 mW·cm^-2,并且在78 h的测试时间内展示出了良好的稳定性. 展开更多
关键词 燃料电池 磷酸掺杂高温质子交换膜 自交联 质子电导率 力学性能
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