磁控溅射法制备CeO_2/PTFE/Nafion复合膜及性能研究

采用磁控溅射法在聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜表面溅射CeO_2,制备了CeO_2/PTFE复合膜.利用接触角、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸强度等对复合膜的亲水性、元素组成、形貌和机械强度进行测试,研究了溅射时间和溅射功率对膜性能的影响.结果表明,在溅射功率为40 W,溅射时间为120 s时,CeO_2/PTFE复合膜亲水性和拉伸强度都相对较好.在CeO_2/PTFE复合膜上浇铸Nafion树脂,制备的CeO_2/PTFE/Nafion复合膜含水率达到30%,离子电导率达到0.071 S/cm.     

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50%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0.2/0.2 MPa条件下,用25 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膜的性能作了比较.     

质子交换膜燃料电池Nafion／PTFE复合膜的研究

在聚四氯乙烯（PTFE）多孔膜内浸入Nasfion树脂，制成Nasfion／PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池（PEMFC），该复合膜的Nasfion含量在50％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Nasfion均有所提高，在80℃，H2／O2压力为0．2／0．2MPa条件下，用25μm厚复合膜组装的电池性能优于Nasfion117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Nasfion膜的性能作了比较。     

2-取代咪唑衍生物掺杂高温非水用Nafion质子交换膜的制备和性能

高温质子交换膜燃料电池所面临的一个主要技术障碍是高温低湿度环境下能够具有满足电池工作条件的膜的制备.本文通过所合成的2-取代咪唑衍生物与全氟磺酸树脂的掺杂,采用溶液重铸法制备了可以在高温无水条件下工作的质子交换膜.通过2-位疏水基团的接枝,实现了非水质子传导介质的咪唑环在膜内的固定,所制备的复合质子交换膜的导质子率在160℃无水条件下达到6.8×10^-3Scm^-1;而且相比全氟磺酸均质膜,其热稳定性也有所提高.采用静电力显微镜观察到了所制备的复合质子交换膜内相互连接的离子团簇的形成;结合其质子传导活化能,提出了所制备的复合质子交换膜在120℃以下质子传导以跳跃方式为主;在120℃以上,则以咪唑环的＂钟摆＂形式实现质子在膜内的传输.     

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.     

Nafion膜在直接甲醇燃料电池中的应用及改进

Nafion质子交换膜性能优越,广泛应用于固体聚合物燃料电池中,但因存在甲醇渗透问题,使其在直接甲醇燃料电池中的应用受限制。本文讨论了Nafion质子交换膜的物质传输机理,侧重介绍甲醇分子的渗透机理,综述了基于降低甲醇渗透率而对Nafion膜所做的改进性研究和几种具有应用前景的替代膜。     

含羧基交联型质子交换膜的制备及其性能

合成了一种含酯基的磺化聚合物,利用后水解的方法得到了含有羧基侧基的聚合物;将磺化聚合物与聚乙烯醇通过溶液共混,热处理后得到交联型的共混膜材料。 研究结果表明,膜材料的玻璃化转变温度(Tg)有明显的上升,证明了交联反应的发生;同时,膜的吸水率和溶胀率有一定的下降,力学性能和热稳定性也有一定的提升。 通过共价交联的方法,制备了综合性能优异的磺化聚芳醚质子交换膜材料。 在100 ℃,交联膜的质子传导率为0.072~0.065 S/cm,吸水率为51%~89%,溶胀率为19%~30%。     

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。     

含有POSS的复合型质子交换膜的制备及性能

本文以一种具有含萘结构的磺酸化聚芳醚酮作为主体材料, 采用具有相似化学结构的含萘、 醚和酮结构的聚甲亚胺作为增强组分, 通过溶胶-凝胶的方法在复合膜中引入提高质子传输能力的酸功能化聚倍半硅氧烷(POSS-SO3H), 制备新型的三元复合型质子交换膜, 并对其微结构和性能进行了研究.     

PTFE辐射接枝对苯乙烯基三甲氧基硅烷制备质子交换膜

采用聚四氟乙烯(PTFE)膜室温下共辐射接枝单体p-苯乙烯基三甲氧基硅烷(StSi),之后经磺化和水解缩聚制备了含有亲水性的—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团的质子交换膜.研究了溶剂、吸收剂量、吸收剂量率以及单体浓度等参数对接枝率的影响,并对质子交换膜的离子交换容量(IEC)、吸水性、尺寸稳定性及电导率等性能进行了分析.结果表明,实验条件下接枝率随吸收剂量和单体浓度增加而增加,采用3mol·L-1的单体浓度减少均聚物;吸收剂量率为10～43Gy·min-1时,接枝率随剂量率变化不明显;以甲苯做溶剂可获得较高接枝率并保持膜的机械强度;IEC值、吸水性和电导率随接枝率增加而增大,是—SO3H、—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团共同作用的结果.接枝率72.5%时膜的IEC值为1.53mmol·g-1,高于Nafion117(0.89mmol·g-1),90℃吸水率为63%,尺寸稳定(优于Nafion117),质子电导率达1.5×10-2S·cm-1,获得了低于Nafion117的甲醇透过性,接枝率50.1%时甲醇透过系数0.82×10-6cm2·s-1.     

SPES/SiO_2杂化纳米纤维复合质子交换膜的制备与性能

提出了一种利用杂化纳米纤维来制备高性能质子交换膜的方法,首先采用溶液喷射纺丝技术纺制了SPES/Si O2杂化纳米纤维,再通过溶液浸渍法制备了SPES/Si O2/Nafion复合质子交换膜,并研究了其热稳定性、吸水性能、溶胀性能、质子传导性能以及甲醇渗透性能等.结果表明,杂化纳米纤维的引入明显改善了Nafion膜的热性能、尺寸稳定性,并大大提高了其质子传导性能.TG数据表明复合膜的热稳定性相比于Nafion膜得到了极大改善.复合膜溶胀率均比Nafion膜的小,SPES/Si O2/Nafion-5,SPES/Si O2/Nafion-15和SPES/Si O2/Nafion-25在80℃溶胀率仅为14.9%,15.84%和17.2%,但是复合膜的溶胀率随着Si O2含量的增加而增大.复合膜电导率随Si O2含量的增加呈先增大后减小的规律,Si O2含量为15%的复合膜在80℃、100%湿度条件下,质子导电率可达到0.154 S/cm.其阻醇性能也得到了极大改善,Si O2含量为25%的复合膜相比于Nafion膜其甲醇渗透率降低了55.3%.因此SPES/Si O2杂化纳米纤维复合质子交换膜可以作为一种新型质子交换膜应用于燃料电池中.     

燃料电池用磺化聚苯乙烯膜降解机理及其复合膜的初步研究

对用磺化聚苯乙烯 (PSSA)膜组装的质子交换膜燃料电池 (PEMFC)进行寿命实验 ,通过高效液相色谱分析 PSSA膜电池寿命实验期间阴极和阳极侧的排水量 ,能谱分析电池寿命实验前后 PSSA膜断面 S元素含量的分布 ,红外光谱分析 PSSA膜结构的变化 ,根据分析结果推断出 PSSA膜的降解机理 .O2 在阴极还原时产生 H2 O2 中间产物 ,H2 O2 又与电池中微量的金属离子反应产生 HO· 和 HO2 · 等氧化性自由基 ,这些自由基进攻 PSSA膜 α碳上的叔氢而导致膜降解 .膜降解主要发生在电池阴极侧 ,降解过程中苯环和磺酸根同时从 PSSA膜上脱离 .根据 PSSA膜的降解机理设计了 PSSA-Nafion复合膜作为 PEMFC电解质 ,2 5μm厚的 Nafion1 0 1膜位于电池阴极侧 ,该复合膜组装的 PEMFC稳定操作 80 0 h以上电池性能未见明显下降     

Preparation of Composite Charge-mosaic Hollow Fiber Membrane by Interfacial Polymerization

The preparation of composite charge-mosaic membrane included spinning of hollow fiber as the supporting membrane, preparing a selective layer on the inside surface of the fiber by interracial polymerization. The charge-mosaic membranes show a high salt permeability while retaining sucrose. The charge-mosaic membrane can be effectively used to separate multivalent salts with organic matter of molecular weight great than 300g/mol in industry.     

阿魏酸分子印迹复合膜的制备及性能

以聚偏氟乙烯微孔滤膜为支撑膜、阿魏酸为模板分子、α-甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,采用紫外光引发原位聚合法制备阿魏酸分子印迹复合膜,并将其用于阿魏酸的分离提取.使用扫描电镜和红外光谱分析对印迹复合膜的形态和结构进行了表征;通过X射线衍射分析和拉伸测试等技术研究了印迹复合膜的晶体结构和力学性能;采用静态吸附法和平板超滤膜分离器考察了印迹复合膜的结合性能与渗透选择性能.结果表明:印迹复合膜对阿魏酸的结合容量高于对结构类似的肉桂酸,当吸附浓度为0.1 mmol/L时结合选择因子达到1.9.在渗透40 min时,印迹复合膜对阿魏酸渗透量为5.16 μmol/cm2,与肉桂酸相比,渗透选择性因子为1.74,渗透性能优于非印迹复合膜.     

分散溶剂对PEMFC催化层中超薄Nafion离聚物质子传导的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化应用的瓶颈仍然是贵金属催化剂导致的成本问题。然而,目前对于催化层中纳米尺度全氟磺酸离聚物(以Nafion为代表)薄膜中质子传导的问题研究不足,无法完善三相界面的成型规律,进而指导催化层设计。在催化层浆料制备过程中,分散溶剂对Nafion的分散形态有直接影响,可能对催化层成型后附着在催化剂颗粒表面Nafion薄膜的微观结构有潜在影响,进而影响Nafion薄膜的质子传导能力。因此,在本文中利用分子自组装技术模拟催化层离聚物薄膜的聚集过程,于模型基底上制备厚度精确可控的纳米尺度Nafion薄膜,并通过微观测试表征技术探索并建立纳米尺度Nafion离聚物的微观结构模型,阐明分散溶剂对Nafion薄膜微观结构及质子传导的影响。研究发现Nafion薄膜在纳米尺度下的质子电导率比体相膜的质子电导率低一个数量级,使用介电常数较小的醇类溶剂可以使Nafion薄膜形成更有利于质子传导的微观结构,使Nafion薄膜的质子电导率得到提高。相关研究结果为优化PEMFC催化层结构,改善PEMFC催化层中质子传导问题提供给了依据。     

全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究

采用四氟乙烯、六氟丙烯和全氟磺酰基乙烯基醚共聚合成了全氟磺酸离子交换树脂,通过溶液浇铸法将其制成全氟磺酸离子交换膜(PSALM)。PSALM膜显示出优良的力学性能、电化学性能以及化学稳定性。TGA测试结果表明,PSALM膜的初始热分解温度超过400℃;DSC测试结果显示,膜中存在微观相分离,该膜具有三个热转变温度,分别对应于非晶区、离子簇区和结晶区。     

用于质子交换膜的磺化聚酰亚胺的合成与性能研究

从分子设计的角度出发, 合成了一种新型的磺化二胺单体, 通过聚合反应制备了磺酸基在侧链上的质子交换膜. 由于特殊结构的设计, 这种质子交换膜的水解稳定性和氧化稳定性均得到提高.     

新型自增湿膜电极的制备及其燃料电池性能

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是以环境友好的方式输出高功率密度的电能 ,有望应用于动力电源、家用电源、通信电源及便携式电源等领域 [1] .在 PEMFC的应用开发中 ,成本正在逐渐降低 ,各种贮氢系统也相继出现 .然而要使 PEMFC实现产业化还必须简化复杂的运行系统 ,提高电池的功率体积比与功率质量比 .为此 ,自增湿 PEMFC被视为最有希望的燃料电池应用技术 .自增湿膜电极是实现自增湿技术的根本途径 .Watanabe等[2 ] 首先提出用 Pt微粒与 Si O2 或 Ti O2 掺杂在电解质膜中制备自增湿 MEA,Pt微粒有效地阻止了氢氧的交叉扩散 ,并在…