《交聯型全氟阻醇質子交換膜製備及性能研究》是依託上海交通大學，由李磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：交聯型全氟阻醇質子交換膜製備及性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李磊
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直接甲醇燃料電池是一種有廣闊套用前景的發電技術，但缺乏高阻醇和導電性能的質子交換膜材料成為制約其發展的主要瓶頸之一。本項目以提高膜阻醇和導電性能為目標，將帶有可交聯功能基團的全氟乙烯基單體、四氟乙烯和全氟磺酸單體進行多元共聚合，進而製備出具有交聯結構的新型全氟磺酸質子交換膜。具體內容包括：帶有交聯點的全氟單體合成、可交聯全氟樹脂的製備、交聯型全氟質子交換膜製備、膜性能評價等。通過深入研究樹脂結構、制膜方法和工藝、膜微觀結構與巨觀性能之間關係，在全氟膜內部的適當位置引入交聯點，以降低膜內部的微觀相分離程度，使膜內部的離子簇聚集態可控，在滿足質子傳遞的同時又可有效阻擋甲醇的滲透，進而提高電池的性能。同時由於目標膜是全氟和交聯結構，具有良好的穩定性能，進而可滿足燃料電池對膜的實際使用要求，推進直接甲醇燃料電池的快速發展。
結題摘要
本項目的目標是製備出具有高阻醇和高質子電導率的新型離子交換膜材料，使其性能優於目前常用的商品膜（美國杜邦公司Nafion117膜），滿足直接甲醇燃料電池的實際使用要求。在青年自然科學基金的資助下，我們取得了如下成績：1、製備出一系列具有不同交換容量的全氟磺酸離子交換膜，並研究其含水量、質子電導率、甲醇透過係數、綜合選擇係數等性能。研究發現，離子交換容量為0.89mmol/g膜的綜合性能優於Nafion117膜(0.91mmol/g)。2、提出改善全氟磺酸離子交換膜性能的新方法，即採用超臨界二氧化碳技術。研究發現經過超臨界二氧化碳處理後，不僅可顯著提高全氟磺酸離子交換膜的質子電導率和阻醇性能，同時也可大大降低了膜成本。NR212膜經超臨界二氧化碳處理後組裝的電池性能明顯優於使用Nafion117膜的電池性能。為開發高性能、低成本的直接甲醇燃料電池提供一種解決方法。3、通過單體製備、多元聚合，製備出含溴基的新型全氟磺酸樹脂；採用溶液流延制膜及熱處理技術，最終製備出具有內部交聯結構的新型全氟磺酸離子交換膜。系統研究了膜的含水量、質子電導率、甲醇透過率、機械強度和化學穩定性。當離子交換容量為1.10-1.27 mmol/g時，新型離子交換膜各項性能均優於Nafion117膜。4、首先證實全氟磺酸離子交換膜可作為電解質用於鋰離子電池中，為開發高性能、安全的新型聚合物鋰離子電池提供新思路。研究發現，採用全氟磺酸離子交換膜為電解質的鋰離子電池具有優異的高溫循環穩定性能。目前，我們共發表SCI論文9篇，包括Energy Environ Sci (影響因子9.61)3篇，Chem Commun (影響因子6.169)1篇，Electrochem Commun (影響因子4.859) 1篇，Int J Hydrogen Energy (影響因子4.054)1篇, J Power Sources (影響因子4.951) 2篇和J Electrochem Soc (影響因子2.59)1篇。申請發明專利2項。培養博士研究生1名，碩士研究生2名。部分工作被英國皇家化學學會（Royal Society of Chemistry）出版的《Highlights in Chemical Technology》雜誌進行亮點報導。
