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复合型质子交换膜的结构与性能研究

张海秋  
【摘要】: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最有希望成为航天、军事、电动汽车和区域电站的首选电源。质子交换膜作为PEMFC的“心脏”,起着阻隔燃料和氧化剂以及传递质子的作用。目前燃料电池中用的质子交换膜,主要是美国杜邦公司生产的全氟磺酸Nafion膜。但是Nafion膜具有价格昂贵,低湿度或高温时质子传导率低,甲醇渗透系数高等缺点。因此,低价格高性能的新型质子交换膜的开发成为目前研究的热点。聚苯并咪唑具有很好的热稳定性,优异的机械性能、好的阻醇性能、化学稳定性及成膜性,是作为质子交换膜的理想材料之一,但是它的缺点在于不具备传导质子的能力。磺化聚芳醚酮作为质子交换膜材料也表现出了很好的应用前景,但是低磺化度的聚芳醚酮质子传导率低而机械性能很好,阻醇性能好。高磺化度的磺化聚芳醚酮质子传导率较高,机械性能不好,阻醇性差。针对以上性能优异的两种材料所存在的问题本论开展了以下工作。首先,在聚苯并咪唑中掺入可以传导质子的酸性物质,高磺化度的磺化聚醚醚酮以及磷钨酸,以满足作为质子交换膜材料的基本要求。其次,由于无机物的加入可以改善聚合物的机械性能、热性能和阻醇性能,因此将无机氧化物与磺化聚醚醚酮相复合,既保持了磺化聚醚醚酮的质子传导率又增强了膜的机械性能,热稳定性,同时降低其甲醇渗透系数。


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