质子交换膜燃料电池用膜材料的性能表征

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件之一,其性能的好坏在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对PEMFC膜材料的性能表征进行了综述,讨论了膜材料的孔隙率、密度、粘度、磺化率、稳定性、选择透过性及导电性等性能的表征。     

燃料电池用跨温区质子交换膜材料研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种电化学能量转换器件，能将燃料中的化学能转换为电能，具有高效、清洁、寿命长等优点，可应用于动力电池、固定式和便携式电源等领域。质子交换膜(PEM)是其中的关键部件，主要用于隔离阴阳两极和传递质子等。但当前质子交换膜燃料电池的发展面临着成本高、寿命不足等挑战。本文结合近年的研究热点，从质子传输机制出发将质子交换膜燃料电池分为磺酸功能化PEM和磷酸掺杂型PEM两大类，从主链结构的差异以及改性方法等方面综述近年来的研究进展，详细介绍了材料的化学结构、膜材料性能、电化学性能等，并针对现存的一些问题和不足对质子交换膜燃料电池今后的发展方向进行了展望。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是燃料电池的重要组成部分。本文介绍了全氟磺酸膜的优缺点,对其进行改进的方法以及新型质子交换膜的发展情况,重点讨论了各类质子交换膜的制备、结构、性质以及它们在质子交换膜燃料电池(PEMFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)的应用,最后提出质子交换膜的发展趋势。     

微孔聚四氟乙烯增强复合质子交换膜研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有能量转化率高、环保等特点而受到广泛关注。作为质子交换膜燃料电池核心组件之一的关键材料质子交换膜(PEM)成为燃料电池研究的热点。聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜由于具有高的化学和尺寸稳定性,被用来作为复合质子交换膜的增强基底。本文对当前微孔PTFE增强复合质子交换膜的研究进展进行了综述,介绍了微孔PTFE与全氟类离子树脂、部分含氟类离子树脂和非氟类离子树脂等的复合情况,着重说明各种复合增强的类型和方式,并比较了复合改性前后各种膜的物性特点,最后展望了微孔PTFE复合增强膜的未来研究趋势。     

侧链磺化聚芳醚质子交换膜的研究进展

燃料电池是以氢气、甲醇等作为燃料的一种新型能量转化装置,其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）凭借其能量功率高、启动速度快和使用寿命长等优点已经在移动电源、潜艇和电动汽车等领域得到了广泛应用。质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）对PEMFC的性能影响最大,高效的PEMFC需要PEM具有高的质子电导率、良好的热稳定性和机械性能、低燃料渗透率以及优异的物理化学稳定性等。目前市面上多数使用的均是具有优异质子电导率的Nafion系列膜,但其存在制备困难、成本昂贵、质子电导率严重依赖湿度等缺点,在一定程度上限制了其发展。为了让PEM有更多的选择,科学家一直专注于使用新材料替代Nafion膜。近年来,科学家们模拟Nafion结构,通过合成各种侧链含磺酸基团的聚芳醚结构,使得亲水基团磺酸基和疏水基团之间形成微相分离结构,从而获得了一系列具有优异综合性能的PEM。本文将重点对侧链烷基磺化型、侧链磺化嵌段型、侧链局部密集磺化型、侧链磺化交联型和侧链磺化复合型这几种常见策略的合成方法及性能进行了综述,最后展望了侧链磺化聚芳醚在PEM领域的优势及发展前景。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置.质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子,分隔氧化剂与还原剂的作用.PEMFC用电催化剂有铂系和非铂系电催化剂,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向.文中对电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法也作了简要介绍.     

氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜研究进展

氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜(GO/Polymer blend PEM)是一种新型的质子交换膜,广泛应用于直接甲醇燃料电池(DMFC)中,已成为质子交换膜研究的热点之一。氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜具有较高的传导质子率、力学性能、阻醇性能和电池性能。本文综述了氧化石墨烯(GO)处理方法、氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜制备方法,氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜的质子传导、阻醇、离子交换容量和电池的性能,氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜质子传递机理及阻醇机理。     

质子交换膜燃料电池膜电极组催化层结构

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件,而催化层是MEA的核心部分。催化层既是电化学反应的场所,同时也为质子、电子、反应气体和水提供运输通道,其结构对PEMFC的成本及性能有很大的影响。本文综述了近年来国内外催化层结构方面的研究进展,介绍了催化层中聚合物电解质(Nafion)含量、溶剂的性质和其他添加剂对MEA结构和性能的影响,MEA热压参数的研究进展以及目前常见的催化层涂布方法。     

燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展

质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,具有隔绝阴阳极、提供质子传递通道和阻止燃料渗透的作用. 商业化应用的全氟磺酸PEM存在燃料渗透严重、高温条件下导电性差和成本高的问题,开发性能优良的聚合物PEM显得很有必要. 本文讨论了近年来聚合物PEM的研究进展,分别从聚合物的主链、支链和交联结构角度介绍了分子结构对薄膜相分离、质子导电性、稳定性和电池性能等性能的影响,并讨论了聚合物分子结构设计方面存在的问题,最后对燃料电池用聚合物PEM在未来的发展方向进行了展望.     

直接甲醇燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展

对各种类型的聚合物质子交换膜,如全氟磺酸聚合物、部分氟化磺酸聚合物、非氟磺酸聚合物、有机-无机复合质子交换膜的结构、性质以及最新的研究进展进行了综述.并且,对该领域未来的发展进行了展望.     

Synthesis and characterization of novel sulfonated polyimide containing phthalazinone moieties as PEM for PEMFC

A novel sulfonated diamine monomer,1,2-dihydro-2-(3-sulfonic-4-aminophenyl)-4-[4-(4-aminophenoxy)-phenyl]phthalazin- 1-one(S-DHPZDA),was successfully synthesized by direct sulfonation of diamine 1,2-dihydro-2-(4-aminophenyl)-4-[4-(4- aminophenoxy)-phenyl]-phthalazin-1-one(DHPZDA).A series of sulfonated polyimides(SPIs),which can be used as the material of the proton exchange membrane(PEM)for the proton exchange membrane fuel cell(PEMFC),were prepared from 1,4,5,8- naphthalenetetracarboxylic dianhydride(NTDA),S-DHPZDA,and nonsulfonated diamines DHPZDA.The structure of the monomer and polymers were characterized by FT-IR and~1H NMR.The solubility of the S-DHPZDA-based SPIs has been improved due to the induction of the phthalazione moiety.The SPIs membranes have high thermo-stability,predominant swelling resistance with high ion exchange capacity.     

P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物的合成表征

采用商业聚(偏氟乙烯-co-三氟氯乙烯)(P(VDF-co-CTFE)为原料,结合氢化反应、ATRP和磺化反应系统合成了一系列聚(偏氟乙烯-co-三氟乙烯-co-三氟氯乙烯)-g-磺化聚苯乙烯(P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS)共聚物.重点研究了测试环境(如温度和相对湿度)、聚合物微观结构(接枝密度,接枝长度等)对聚合物形貌、吸水率和质子传导率的影响.研究表明,在接枝量相同的情况下,随着接枝密度的降低,聚合物的相分离更加明显,亲水相从孤岛型逐渐转变为部分连续型;聚合物的吸水率随磺酸基摩尔含量增加而提高;聚合物的质子传导率随着温度的提高和湿度的降低而降低;在较低温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而降低,而在较高温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而升高.组成优化的P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物在30～120℃和高湿度条件下,其质子传导率明显优于Nafion112膜.     

用于燃料电池质子交换膜材料的磺化聚芳醚酮砜的合成与性能研究

以叔丁基对苯二酚(TBHQ)为双酚单体,1,4-二(4′-氟苯甲酰基)苯,3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氧二苯砜(SDCDPS)为原料,采用亲核缩聚反应,通过调整磺化单体和非磺化单体的比例与叔丁基对苯二酚共聚,合成了一系列具有不同磺化度的聚芳醚酮砜.通过红外光谱(FTIR),TGA,DSC等分析方法对其结构及性能进行了表征.并用TEM对其内部形态进行了研究,建立了结构与性能之间的关系.通过对膜进行综合性能评价发现,磺化度为0.8的磺化聚芳醚酮砜膜的质子传导率在80℃时达到了0.061 S/cm接近了Nafion 117,而且其甲醇渗透系数为3.4×10-7cm2/s远低于Nafion 117,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料(DMFC)电池中表现出了好的应用前景.     

质子交换膜燃料电池的研究

通过测定电压－电流密度曲线等方法研究质子交换膜燃料电池的电极参数。构造了Ｅｃｅｌｌ＝０．７Ｖ，Ｉ＝０．５５Ａ／ｃｍ＾２并能够稳定运行的燃料电池。改进电池的电极结构，研究了各种操作条件如温度，压力，增湿情况，尾气流量等对电池性能的影响。     

A novel approach to prepare proton exchange membranes from fluoropolymer powder by pre-irradiation induced graft polymerization

A novel approach was developed to overcome the non-uniform distribution of grafted polystyrene (PS) chains across proton exchange membranes (PEMs) manufactured using radiation induced graft polymerization of commercialized fluoropolymer films. This process involves the three key steps of grafting of styrene into fluoropolymer powder, processing the grafted powder into membranes, and then obtaining the PEM by sulfonation of these membranes. The structure of the membranes and the PEMs were analyzed by means of infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscope with energy-dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) to demonstrate the uniform distribution of poly(styrene-sulfonic acid) (denoted as PSSA) graft-chains across the PEM. The properties of the resulting PEMs, such as their ion exchange capacity (IEC), water uptake (WU), proton conductivity, dimensional stability, oxidative stability and thermal stability, were also investigated.     

质子交换膜燃料电池模型研究进展

综述了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)数学模型的研究进展 ,分析PEMFC中膜、催化层、扩散层和流场区域的传递现象和水、热管理的重要性 ,讨论了模型的维数、复杂性和求解方法 .提出了带有时间维数的PEMFC模型研究的实际应用意义     

镀银-石墨涂层316L不锈钢双极板的电化学性能测试及表征

316L不锈钢以其质轻,价廉,易加工成型以及良好的导电导热性能而成为极具潜力的质子交换膜燃料电池双极板材料,但其在电池运行环境中仍有一定缺陷.在阴极条件下不锈钢板易钝化,增加了与碳纸扩散层间的界面接触电阻;而在阳极条件下,则由于金属离子的溶解,污染了膜电极,引起催化剂中毒,从而降低电池输出功率,影响电池性能.本文采用喷涂技术在316L不锈钢表面制备导电石墨涂层,测得其与Toray060碳纸的接触电阻为80.6mΩ·cm2.如果在制备石墨涂层前预镀薄层银,则可使其接触电阻降至19.8mΩ·cm2.因此,本文利用Tafel曲线、恒电位氧化等电化学方法,对该镀银-石墨涂层316L不锈钢与原316L不锈钢和镀银316L不锈钢在模拟质子交换膜燃料电池阴、阳极工作环境条件下的耐腐蚀性能进行了研究.结果表明,镀银不锈钢和镀银-石墨涂层不锈钢较原不锈钢的腐蚀电位分别提高了0.49和0.35V,腐蚀电流密度下降1-2个数量级,维持在10-6-10-7A·cm-2.而镀薄银钢板则因为银层较薄存在微孔,使得部分不锈钢基体外露,形成腐蚀电池而更易于腐蚀.