電漿法製備質子交換膜導電特性的研究

《電漿法製備質子交換膜導電特性的研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由孟月東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電漿法製備質子交換膜導電特性的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孟月東
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

為了降低燃料電池的製造成本，創新的電漿聚合法製備質子交換膜成為當前最前沿的研究課題，當前研究熱點在解決膜的質子傳導率低和超薄容易引起電池短路這兩大課題上，這也是本課題組用該方法在國內獨家成功研製的電池中同樣存在的問題。因此，為研究解決這些問題，本申請將開展以下研究內容：（1）電漿聚合質子交換膜的結構與膜的質子傳導性能的關聯研究。研究電漿多參量的變化與質子交換膜的結構及功能基含量的關係，獲得影響膜結構及質子傳導性能的關鍵因素及敏感參數。（2）選擇聚合反應單體、控制參與聚合反應的關鍵粒子種類和粒子能量，在質子交換膜中引入有功能性基團形成的用於質子傳導的連續通道（微觀親-疏水相分離結構）以及由於分子結構位阻效應產生的有利於質子傳導的空隙結構，提高質子傳導能力。（3）採用電漿濺射技術製備超薄表面平整光滑的催化劑層。本項目研究的最終目的是致力於製備燃料電池的關鍵部件全部利用電漿。

結題摘要

為了降低燃料電池的製造成本，創新的電漿聚合法製備質子交換膜成為當前最前沿的研究課題，當前研究熱點在解決膜的質子傳導率低和超薄容易引起電池短路這兩大課題上，這也是本課題組用該方法在國內獨家成功研製的電池中同樣存在的問題。因此，為研究解決這些問題，本申請將開展以下主要研究內容：（1）電漿聚合質子交換膜的結構與膜的質子傳導性能的關聯研究。研究電漿多參量的變化與質子交換膜的結構及功能基含量的關係，獲得影響膜結構及質子傳導性能的關鍵因素及敏感參數。（2）選擇聚合反應單體、控制參與聚合反應的關鍵粒子種類和粒子能量，在質子交換膜中引入有功能性基團形成的用於質子傳導的連續通道（微觀親-疏水相分離結構）以及由於分子結構位阻效應產生的有利於質子傳導的空隙結構，提高質子傳導能力。（3）採用電漿濺射技術製備超薄表面平整光滑的催化劑層。本項目研究的最終目的是致力於製備燃料電池的關鍵部件全部利用電漿。 本項目完成了預計的研究任務，共發表SCI論文11篇，申請發明專利4項，已授權兩項。取得的重要結果是電漿聚合沉積的質子交換膜的所有參數超過Nafion117膜（參見封面文章Preparation of proton exchange membranes by a plasma polymerization method and its application in direct methanol fuel cells (DMFCs). Plasma Process. Polym. 7 (2010) DOI: 10.1002/ppap.200900137）。