基于半互穿聚合物网络的增强型聚合物质子交换膜

作者:6up  来源:6up扑克  时间:2020-07-05 01:06  点击:

  质子交换膜(PEMs)是聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中重要的组成部分之一,PEMFCs的发展历史,与其说是电池性能不断发展的历史,不如说是PEMFCs的耐久性、特别是PEMs的耐久性发展历史。PEMFCs中目前最常用的以Nafion膜为代表的全氟磺酸质子交换膜的过度溶胀及长期在动态环境中使用等均会导致其机械性能的下降,进而影响膜电极的整体使用寿命。为提高质子交换膜的机械稳定性,将全氟磺酸树脂(质子导电组分)和支撑组分复合可以制备增强的质子交换膜,例如将多孔聚四氟乙烯薄膜浸渍Nafion树脂是一种比较有代表性的制备Nafion增强复合膜的方法,将Nafion与SiO_2复合制备有机/无机杂化膜是另一种制备增强复合膜的常用方法。用基于全氟磺酸树脂的增强型复合膜代替Nafion膜不仅可以节省材料,降低成本,还可以提高膜的机械强度和尺寸稳定性。但对于此类增强型质子交换膜,由于引入了非质子导电性的增强材料,复合膜的质子导电率会有所降低。通过减薄膜的厚度能够降低膜的阻抗值,可以弥补低的质子电导率带来的电池性能的损失。但现有的制备增强复合膜的方法,要将膜做得更薄,并不容易。同时由于Nafion等全氟磺酸树脂的化学惰性,对其直接进行化学改性更难。本报告将介绍一种制备增强型复合PEM的新方法,以Nafion与聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)等氮杂环类聚合物复合,通过构建不同结构的半互穿聚合物网络(semi-IPN),制备一系列增强型复合质子交换膜;合成了部分含氟的聚酰亚胺和聚苯并咪唑,研究了PBI和PI的几种新交联方法,研究了semi-IPN复合膜的热稳定性能、含水率、尺寸稳定性、机械性能以及化学稳定性能等。结果表明,与Nafion重铸膜相比,该系列复合膜具有更优异的机械性能和尺寸稳定性能。同时,基于Nafion/PBI的semi-IPN膜中加入第三组分后,可大大扩展复合膜的工作温度范围。

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