13、用于燃料电池应用的磺化聚醚醚酮（SPEEK） - 氧化钙（CaO）多层膜的制备

用于燃料电池应用的磺化聚醚醚酮（SPEEK） - 氧化钙（CaO）多层膜的制备

1. 引言

对能源安全等需求促使研究人员将燃料电池视为替代能源。燃料电池是一种能量转换装置，通过氧化反应和电化学反应产生电能。与干电池不同，燃料电池无需外部充电，只需补充燃料即可。

燃料电池可根据电解质、燃料、离子交换类型、操作条件和再生方法进行分类，常见的分类基于所使用的电解质，主要有五种类型：碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。其中，PEMFC最具前景，其功率密度为350 mW/cm²，燃料效率为45 - 60%。

在PEMFC中，电解质是一种膜，它能分离燃料和氧化剂并传导质子。Nafion是PEMFC常用的工业膜，它是一种全氟磺酸乙烯聚合物，具有良好的物理化学稳定性和高质子传导性（23°C时为5 × 10⁻² S/cm）。然而，Nafion存在生产成本高、制备困难、燃料交叉严重和操作温度高等缺点，限制了PEMFC的商业化。

因此，研究人员一直在寻找Nafion的替代材料，如聚醚醚酮（PEEK）、磺化聚醚醚酮（SPEEK）、壳聚糖（CS）、聚砜（PSF）、聚乙烯醇（PVA）、对甲苯磺酸（pTSA）和聚苯并咪唑（PBI）等。理想的燃料电池聚合物膜应具备以下特性：
| 属性 | 要求 |
| — | — |
| 质子传导性 | 高 |
| 电绝缘性 | 好 |
| 机械强度 | 高 |
| 热稳定性 | 高 |
| 氧化和水解稳定性 | 好 |
| 燃料交叉 | 低 |
| 水管理