梳狀聚芳醚類質子交換膜的製備及性能研究

《梳狀聚芳醚類質子交換膜的製備及性能研究》是依託吉林大學，由劉佰軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：梳狀聚芳醚類質子交換膜的製備及性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉佰軍
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本項目從分子設計的角度出發，擬採用聚合物接枝和直接共聚合磺化單體的兩種路線合成具有似Nafion的氟磺酸側鏈和聚芳醚主鏈的梳狀聚合物。通過系統研究主鏈結構、側鏈長度和組成、磺酸基團密度和位置等對膜的微觀形態以及性能的影響，製備性能優異並適合膜電極組裝的高性能質子交換膜材料。通過引入不同的官能團對新型質子交換膜進行化學修飾，提高質子交換膜層與催化劑層的相容性和匹配性。對材料進行膜電極組裝，並進行氫和直接甲醇燃料電池電化學性能和使用壽命等評價，在深層次探討不同種類的質子交換膜的化學結構與組成-微觀結構-電池性能的關係，進而為新一代的質子交換膜的研製提供有益參考。

結題摘要

燃料電池具有低排放和高轉化率的特點，被認為是未來清潔能源之一。質子交換膜是環境友好燃料電池的核心部件，它的研發受到持續關注。本項目從分子設計的角度出發，採用直接磺化聚合物、直接共聚合磺化單體和聚合物接枝路線成功合成了多個系列梳狀聚芳醚聚合物。這些聚合物包括短側基磺化聚芳醚，帶有柔性側鏈的聚芳醚和帶有似Nafion的氟側鏈的聚芳醚，它們具有不同的結構特點和性能。我們通過系統研究主鏈結構、側鏈長度和組成、磺酸基團密度和位置等對膜的微觀形態以及性能的影響，製備出了性能優異的高性能質子交換膜材料。一些新型膜具有高質子傳導率（＞0.12 S cm-1， 100 oC），低的尺寸膨脹率（＜30 %，100RH and 100 oC）和低的燃料透過性。為了獲得有利於質子傳輸的微結構，我們嘗試了不同的製備方法。最終，獲得了具有明顯相分離微結構的梳狀聚合物膜材料，它們具有更為優異的質子傳輸能力。對獲得的膜材料成功進行了膜電極組裝，並進行氫和直接甲醇燃料電池電化學性能等評價。一些實驗結果很吸引人。在直接甲醇燃料電池中，2M的甲醇濃度下，0.5V下的電流密度可以達到165 mA/cm，優於已報導的同類聚合物和傳統的Nafion膜。本項目在深層次探討了不同種類的質子交換膜的化學結構與組成--微觀結構--性能的關係，為新一代的質子交換膜的研製提供了有益參考。