用于燃料电池应用的氯化钠改性磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜
1 引言
如今,存在多种能量转换技术,燃料电池便是其中之一。它作为下一代广泛应用的发电装置,在电动汽车和移动电话等日常设备中发挥着重要作用。燃料电池通过氢气、甲醇等燃料与氧气的电化学反应产生电能,同时生成水和热作为副产物。可用的燃料包括氢气、甲醇和乙醇等,而电解质的类型决定了燃料电池的种类,常见的有碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。
燃料电池具有诸多优势,如质子传导效率高、无机械运动部件且环境友好。与传统燃烧方式仅30 - 35%的效率相比,燃料电池系统发电效率可达60%以上。
磺化聚醚醚酮(SPEEK)是制作质子交换膜的理想材料,它成本低、热稳定性好且机械强度高。其化学结构将具有疏水性的聚芳烃主链与亲水性的磺酸基团相结合,使其能够调节磺化度(DS),优化后的SPEEK性能可与Nafion膜相媲美。然而,SPEEK作为磺化膜,容易受到氧还原反应中产生的羟基自由基的化学降解。为缓解这一问题,可以引入双层复合膜来保持其机械强度并防止化学降解。
SPEEK膜对甲醇渗透的高抗性主要取决于磺化度,高磺化度会增加甲醇渗透率。为降低甲醇渗透,可采用表面接枝、交联和共混等方法。例如,将聚醚砜(PES)与SPEEK共混可提高水解稳定性,但质子传导性较差;而与聚(酰胺酰亚胺)(PAI)共混可提高质子传导性,但高PAI含量会增加甲醇渗透率。此外,无机材料也可用于解决甲醇渗透和质子传导问题,如蒙脱土的加入可防止甲醇渗透并提高质子传导性。
虽然共混法能制备出性能可接受的SPEEK膜,但
氯化钠改性SPEEK质子交换膜研究
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