填充型具有微孔结构的磺化聚芳醚砜/聚醚砜复合质子交换膜的制备及性能

制备了基于磺化聚芳醚砜(SPAES)及聚醚砜(PES)的填充型复合质子交换膜, 研究了其吸水率、 尺寸变化、 热-机械特性、 质子电导率、 甲醇透过性及稳定性等性能. 通过浸入沉淀相转化法, 采用磺化度分别为30%(S30), 40%(S40)及50%(S50)的SPAES与PES制备了系列微孔型复合质子交换膜 Sx-y(x为SPAES的磺化度, y为SPAES的质量分数); 然后利用真空抽滤法在微孔中填充S50制备了相应的填充型复合质子交换膜Sx-y+F50. 结果表明, 由于微孔的引入及皮层结构的存在, Sx-y膜在低离子交换容量(IEC)条件下仍具有较高的电导率、 优良的机械强度、 优异的化学稳定性及较低的甲醇透过性. 经S50填充后, Sx-y+F50膜的IEC及电导率明显提升, 甲醇透过率大幅下降, 但机械强度及化学稳定性未见劣化. 其中S30-40+F50膜(IEC=0.69 mmol/g)的综合性能最佳, 其质子电导率在90 ℃水中达到50.4 mS/cm; 经140 ℃水处理24 h后失重率仅为8.2%, 质子电导率降低仅9%; 经过芬顿试剂(3% H₂O₂, 20 mg/L FeSO₄, 80 ℃, 1 h)处理后失重率仅为0.66%; 甲醇透过率仅为6.8×10^-8 cm²/s.     

PEU/PES共混膜的制备工艺条件研究

利用L-S相转化法将聚醚型聚氨酯（PEU）和聚醚砜（PES）共混,以聚乙二醇（PEG）为添加剂,制备PEU/PES共混膜,并通过测定比较共混膜的结构与性能.结果表明：聚合物浓度、共混组成比、添加剂种类与浓度是影响PEU/PES共混膜性能的主要因素.     

聚醚砜/酚酞基聚醚砜共混相容性及凝胶特性研究

采用混合热焓法和稀溶液粘度法预测了聚醚砜/酚酞基聚醚砜体系相容性,并观察了聚醚砜/酚酞基聚醚砜共混制膜液的凝胶值与共混比的关系.聚醚砜/酚酞基聚醚砜为部分相容体系,其相容性与组成有关.共混制膜液的凝胶值受共混组成的影响,并非纯组分制膜液凝胶值的线性加和.     

磺化聚醚砜/薄水铝石复合质子交换膜的性能

为了提高膜的阻醇性能和高温下的质子传导性, 在磺化聚醚砜(SPES)中掺杂一种吸湿性的无机物AlOOH, 制备了一种新型的SPES/AlOOH复合质子交换膜. 并经傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)等手段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吸水率; SEM图片显示AlOOH在膜中分布均匀. 复合膜在高温下具有良好的质子传导性, 掺杂量为10%(w)的复合膜在120 °C下的质子传导率仍可保持在0.014 S·cm^-1左右; 随着AlOOH含量的增加, 复合膜的阻醇性能大大提高, 这表明该复合膜在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

侧链型含氟磺化聚醚砜/磺化聚酰亚胺共混质子交换膜的制备及性能

制备了一类侧链型含氟磺化聚醚砜(s SPFES)与磺化聚酰亚胺(SPI)共混质子交换膜(s SPFES/SPI),研究了其吸水率、尺寸变化、质子电导率及稳定性等性能.结果表明,2种磺化聚合物以三乙胺盐型溶液共混及铸膜时相容性良好,制备的s SPFES/SPI共混质子交换膜结构均一,透明结实,离子交换容量为1.76~1.88 mmol/g.s SPFES/SPI共混质子交换膜表现出横向低于纵向的各向异性尺寸变化特性,在60℃水中横向尺寸变化率低于10%,经140℃加压水处理24 h后仍能保持较好的机械强度,质量损失低于6.1%.当温度高于50℃时,完全水合状态下的s SPFES/SPI共混质子交换膜的质子电导率均达到0.1 S/cm.     

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.     

DMFC用PES/SPEEK共混阻醇质子交换膜

将磺化聚醚醚酮(SPEEK, 磺化度DS为68.3%)和聚醚砜(PES)两种聚合物共混制得PES/SPEEK共混膜. DSC研究表明两种聚合物之间具有较好的相容性, 因而共混膜均匀致密, 未发生大尺度相分离. PES的混入能有效降低膜的溶胀度及甲醇透过系数. 纯SPEEK 膜40 ℃时在1 mol•L−1甲醇水溶液中溶胀度达到160%, 45 ℃时就完全溶解, 而含30%(w)PES的共混膜在80 ℃时的溶胀度仅有15%. 室温下含20%−30%(w)PES的共混膜的甲醇透过系数为1×10−7 cm2•s−1左右, 比Nafion 115膜的透过系数小一个数量级. 尽管80 ℃下30%(w)PES/SPEEK共混膜的电导率与Nafion 115膜相当, 但由于共混膜的厚度比Nafion 115膜小1/3左右, 膜电阻较小, 因而其电池性能比Nafion 115膜的好.     

成膜条件对聚醚砜超滤膜性能和结构的影响

以聚醚砜(PES)为膜材,聚乙二醇600(PEG600)为添加剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,纯水为凝固浴,用相转化法制备聚醚砜超滤膜.详细探讨了PES浓度、添加剂含量、凝固浴温度对膜性能和结构的影响规律,确定了制备高水通量、高截留率聚醚砜超滤膜的最佳工艺条件.     

磺化聚醚酰亚胺/聚醚酰亚胺共混膜的结构与性能

将亲水性的磺化聚醚酰亚胺(SPEI)和疏水性的聚醚酰亚胺(PEI)共混,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,制备了SPEI(Na型)／SPEI中空纤维超滤膜．研究了纺丝过程中内凝固浴组成比例和空气间隙距离变化对膜结构以及膜分离性能的影响。实验结果表明,随着内凝固浴中DMAc含量的提高,纤维内指状孔减少,水通量下降,而截留率则不受影响;随着空气间隙距离的增大,从膜内壁侧出发的指状孔结构前端逐渐向外壁发展,而膜的外壁侧则逐渐变得致密,同时,膜的外表面可能出现较大的微孔结构,导致膜的水通量随着空气间隙距离的增加而迅速增加后随之下降,而截留率则一直保持下降趋势。     

SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜研究

通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK,DS=61.68%)中分别混入酚酞型聚醚砜(PES-C)、磺化酚酞型聚醚砜(SPES-C,DS=53.7%)制备出SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜.结果表明,共混的两种聚合物之间均具有较好的相容性.PES-C、SPES-C的混入能有效降低膜的溶胀及甲醇透过,且随着共混量的增加,这种作用越趋明显.纯SPEEK膜在75℃左右溶解,而SPEEK/PES-C(30wt%)、SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜在80℃时溶胀度仅为22.5%、26.32%.在室温至80℃范围内,纯SPEEK及共混膜的甲醇透过系数都在10-7cm2.s-1数量级上,远小于Nafion115膜.在饱和湿度下,温度大于90℃时,SPEEK/PES-C(20wt%)共混膜电导率超过Nafion115膜;温度大于110℃时,SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜电导率与Nafion115膜相当,达到0.11S.cm-1.高电导率,低透醇系数以及明显提高了的可使用温度表明该类共混膜有望在DMFC中使用.     

含杂萘联苯结构聚合物膜的直接甲醇燃料电池性能

质子交换膜是直接甲醇燃料电池(DMFC)的关键组成部分. 通过磺化制备了磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK)、磺化杂萘联苯聚醚砜(SPPES)和磺化杂萘联苯聚醚砜酮(SPPESK)三种含杂萘联苯结构的新质子交换膜, 测试了其热稳定性、质子导电性和甲醇透过性能. SPPESK的热分解温度比相近离子交换容量(IEC)的SPPEK和SPPES约低100 ℃, 三种膜均具有良好的导电和阻醇性能; 分别以三种膜为电解质组装DMFC考察了其性能, DMFC的开路电压随膜的阻醇性的提高而增大, 三种膜的开路电压均高于Nafion115膜, 但在较高电流密度的区域三种新膜的性能均比Nafion115膜差.     

Polymer blend membranes of sulfonated poly(arylene ether ketone) for direct methanol fuel cell

The blend membranes of sulfonated poly(arylene ether ketone) (sPAEK) (IEC = 1.0 mequiv./g)/Nafion^® and the blend membranes of sPAEK (IEC = 1.0 mequiv./g)/sPAEK (IEC = 1.7 mequiv./g) were prepared. sPAEK with low IEC was introduced to reduce the methanol permeability through the membrane. Morphology, water uptake, proton conductivity and methanol permeability of the blend membranes were investigated by SEM, AFM, AC impedance spectroscopy and permeability measuring instrument. The cross-sections of blend membranes showed phase-separated morphologies. The effect of phase-separated morphology on the properties of blend membranes was investigated. The properties like water uptake, proton conductivity, and methanol permeability of sPAEK/Nafion^® blend membranes showed similar values with sPAEK and properties of sPAEK/sPAEK blend membranes showed intermediate values of two polymers due to the difference in morphology of the blend membranes. sPAEK/sPAEK blend membranes showed relatively high proton conductivity and lowered methanol permeability compared to Nafion^®. sPAEK/sPAEK blend membranes could be a competent substitution for Nafion^®.     

Sulfonated poly(ether sulfone)/sulfonated polybenzimidazole blend membrane for fuel cell applications

Polymer blending is used to modify or improve the dimensional and thermal stability of any two different polymers or copolymers. In this study, both sulfonated polybenzimidazole homopolymer (MS-p-PBI 100) and sulfonated poly(aryl ether benzimidazole) copolymers (MS-p-PBI 50, 60, 70, 80, 90) were successfully synthesized from commercially available monomers. The chemical structure and thermal stability of these polymers was characterized by ¹H NMR, FT-IR and TGA techniques. Blend membranes (BMs) were prepared from the salt forms of sulfonated poly(ether sulfone) (PES 70) and MS-p-PBI 100 using dimethylacetamide (DMAc). These blend membranes exhibited good stability in boiling water. The blending of 1 wt.% of MS-p-PBI 100 and 99 wt.% of PES 70 to produce the blend membrane BM 1 reduced membrane swelling, thus leading to good dimensional stability and comparable proton conductivity. Hence, BM 1 was chosen for the fabrication of a membrane electrode assembly (MEA) for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and direct methanol fuel cell (DMFC) applications. This paper reports on PEMFC and DMFC performance under specific conditions.     

侧链型磺化聚芳醚酮/磺化聚乙烯醇复合型直接甲醇燃料电池用质子交换膜

通过溶液共混法制备了不同磺化聚乙烯醇(SPVA)含量的侧链型磺化聚芳醚酮/磺化聚乙烯醇(S-SPAEK/SPVA)复合膜. 应用红外光谱(FTIR)对复合膜进行了表征, 扫描电镜(SEM)显示SPVA均匀分布在复合膜中. 通过对复合膜的性能测试发现该系列复合膜具有良好的热性能、较高的吸水率和保水能力. SPVA中的羟基能有效地阻碍甲醇的透过, 甲醇渗透系数从S-SPAEK/SPVA5 复合膜的7.9×10^-7 cm²·s^-1降低到S-SPAEK/SPVA30的1.3×10^-7 cm²·s^-1, 比S-SPAEK膜的11.5×10^-7 cm²·s^-1降低了一个数量级. SPVA的引入增加了亲水基团数量, 增加了复合膜的吸水和保水能力, 有利于质子按照“Vehicle”机理和“Grotthuss”机理进行传递, 柔软的SPVA链段与S-SPAEK侧链聚集成亲水相区, 形成连续的质子传输通道, 提高了复合膜的质子传导率. 在25 和80℃ 时, S-SPAEK/SPVA30 复合膜的质子传导率分别达到了0.071 和0.095 S·cm^-1. 可见,S-SPAEK/SPVA复合膜有望在直接甲醇燃料电池中得到应用.     

Characterization and performance of proton exchange membranes for direct methanol fuel cell: Blending of sulfonated poly(ether ether ketone) with charged surface modifying macromolecule

Modification of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) membrane was attempted by blending charged surface modifying macromolecule (cSMM). The modified membrane was tested for direct methanol fuel cell (DMFC) application; i.e. a SPEEK/cSMM blend membrane was compared to a SPEEK membrane and a Nafion 112 membrane for the thermal and mechanical stability, methanol permeability, and proton conductivity. Thermal and mechanical stability of the blended membrane were slightly reduced from the SPEEK membrane but still higher than the Nafion 112 membrane. The blend membrane was found to be promising for DMFC applications because of its lower methanol diffusivity (2.75 × 10⁻⁷ cm² s⁻¹) and higher proton conductivity (6.4 × 10⁻³ S cm⁻¹), than the SPEEK membrane. A plausible explanation was given for the favorable effect of cSMM blending.     

磺化酚酞型聚醚砜膜的制备及其阻醇和质子导电性能

直接甲醇燃料电池 (Directmethanolfuelcell,DMFC)以高效、清洁和燃料储运方便等优点适宜于作为各种用途的可移动动力源 ,成为 2 0世纪 90年代以来研究与开发的热点[1,2 ] .目前 ,这种电池的研究难点主要集中在催化剂不稳定和质子交换膜透醇上 .一张好的DMFC膜不但要可传递质子、绝缘电子 ,还应具有良好的阻醇性能 .如果膜的阻醇性能不好 ,甲醇会穿过膜到达阴极 ,与氧直接反应而不产生电流 ,不但造成燃料的浪费 ,同时也影响阴极的正常反应 ,使电池效率下降[3 ] .目前广泛应用于燃料电池中的Nafion 系列膜是由美国DuPont公司生产的一种…     

Semi-interpenetrating polymer networks toward sulfonated poly(ether ether ketone) membranes for high concentration direct methanol fuel cell

Semi-IPNs were constructed by forming the crosslinking networks via the reaction between BPPO and diamine cross-linkers to overcome the dimensional swelling and methanol-permeation issues of SPEEK.