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

随着对能源安全等需求的增加，燃料电池作为一种替代能源受到了广泛关注。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，只需补充燃料成分即可。

燃料电池的分类基于电解质、燃料、离子交换类型、操作条件和再生方法等，常见的燃料电池类型有碱性燃料电池（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最具潜力，它具有350 mW/cm²的功率密度和45 - 60%的燃料效率。

在PEMFC中，电解质是一种能够传导质子的膜，它可以分离燃料和氧化剂。Nafion是PEMFC中常用的工业膜，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、生产难度大、燃料交叉率高和操作温度高等缺点，这限制了PEMFC的商业化应用。

因此，研究人员一直在寻找Nafion的替代品，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。这些聚合物具有高的热机械稳定性和低成本等优点。

SPEEK是PEEK的磺化形式，它具有良好的机械和热性能，且成本较低。其溶解度取决于磺酸基团的含量，磺酸基团含量越高，聚合物的亲水性越强。当磺化度（DS）低于30%时，SPEEK仅能溶于浓硫酸；DS在30 - 40%时，可溶于热的二甲基甲酰胺（DMF）、N,N - 二甲基乙