燃料電池質子交換膜的改性

2020-11-24 電子發燒友

燃料電池質子交換膜的改性

發表於 2019-06-04 10:53:29

　　燃料電池用質子交換膜的改性

　　芳香型非氟PEM材料由於製備工藝簡單，成本低廉，熱穩定性高等優勢受到廣泛關注。但這類材料綜合性能仍然不能與Nafion®膜抗衡，普遍存在著化學穩定性不好、使用壽命短的問題，因為提高非氟膜的質子電導率，往往以犧牲膜的熱力學性能、氣密性為代價，加上非氟膜抗氧化性差、易降解，所以電池的壽命均比較短。可以採用改性的方法對於膜進行處理，保持原有的優勢，同時彌補自身的不足。對質子交換膜的改性，主要有三個方面：複合共混、嵌段共聚、化學交聯。

　　1、複合共混

　　阻礙PEMFC商業化的因素中較為重要的就是是現有的全氟和非氟PEM的價格和性能方面都不夠理想。解決問題常用的辦法是製成複合膜，這樣不僅可以改善原有膜的性質，還可以節省材料，降低成本。製成高溫膜和自增溼膜還可以賦予複合膜特殊功能。

　　複合改性是聚合物膜進行改性中的常用方法。複合改性包括有機-有機複合、無機-有機複合兩大類。有機-有機複合改性是期望聚合物個部分發揮自己的優勢，彌補其他組分不足，複合之後可以兼具各組分的優良特性。無機-有機複合改性是通過在聚合物中均勻地分散親水的無機組分來增強膜的自增溼性、降低點滲透曳力而保持膜的溼度、增強膜的機械強度等。按照製備方法的不同，無機-有機複合膜可以分為以下幾種：共混、穿插、溶膠-凝膠、表面修飾、原位聚合、自組裝等。

　　2、嵌段共聚

　　嵌段共聚物是由兩種或兩種以上化學結構不同的鏈段通過共價鍵相互連接而得到的。常見的嵌段聚合物結構有AB、ABA、ABAB、ABABA、ABC型。通過改變多嵌段結構中的兩序列長度，可以很好的控制共聚物膜的形態，從而達到調節聚合物膜的性能的目的。

　　磺化嵌段共聚物由於較好的應用前景引起了人們的關注。由於嵌段共聚物中的親水鏈段可以相互連通，質子的傳導中就不再需要更多的水來產生「逾滲」的結構。因此同相應的無規共聚物相比，在相同IEC的情況下，嵌段共聚物在低水合的狀態下會具有更高的質子傳導率。同時低溶脹性非磺化鏈段的存在一方面限制了離子段的溶脹，降低了甲醇的滲透；另一方面又提供了很好的機械穩定性。

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