SPEEK/PEI@ILs复合质子交换膜的制备及PEMWE性能

以磺化度为75%的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,加入聚醚酰亚胺(PEI)和离子液体(ILs)制备SPEEK/PEI@ILs酸碱复合膜用于质子交换膜电解水制氢(PEMWE)中.研究复合膜的吸水率、溶胀度、质子电导率、热稳定性和相应的PEMWE性能.结果表明,SPEEK/PEI@ILs复合膜与商业Nafion117膜相比,具有相近的质子电导率和溶胀度,说明PEI的加入,增强了复合膜的尺寸稳定性.将SPEEK/PEI@ILs复合膜制备成膜电极并测试PEMWE性能,1 A/cm²电流密度下槽电压为2.75 V,在0.5 A/cm²@1.96(±0.03)V条件下能稳定运行10 h.     

聚醚醚酮磺化改性研究

以氯磺酸(Cl-SO3H)为磺化剂,浓硫酸为溶剂,通过聚醚醚酮(PEEK)的磺化反应,制备了不同磺化度(DS)的磺化聚醚醚酮(SPEEK)。采用傅里叶红外(FT-IR)、热重分析(TGA)、原子力显微镜(AFM)、X-射线粉末衍射(XRD)以及交流阻抗(EIS)等,测试分析了磺化度对SPEEK的结构、热稳定性、成膜性、结晶行为及质子传导率的影响。结果表明,磺化度为58%的SPEEK成膜性能优异,且在25℃时100%的相对湿度下,其质子传导率为0.05S/cm,与Nafion117膜接近。     

直接甲醇燃料电池用质子交换膜SPEEK/SGO/SPEEK的研究

采用无水对氨基苯磺酸(SA)对氧化石墨烯(GO)进行了磺化,并得到磺化氧化石墨烯(SGO),将磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜包裹在SGO纸的两侧,制备了SPEEK/SGO/SPEEK膜作质子交换膜(PEM).通过膜性能表征可知,与SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜相比,SPEEK/SGO/SPEEK膜的离子交换容量(IEC)提高,质子传导活化能(Ea)明显降低,甚至与Nafion*112膜相近,而其甲醇渗透率远低于Nafion*112膜.将膜组装成直接甲醇燃料电池(DMFC),经测试电池性能得到SPEEK/SGO/SPEEK组装的DMFC的最高能量密度在80℃和1mol/L甲醇浓度时可达42.1mW/cm~2,比商业Nafion*112膜组装的电池的最高能量密度高35.4%,明显优于SPEEK和SPEEK/GO/SPEEK膜,且电池稳定性良好,证明SPEEK/SGO/SPEEK膜在PEM的应用方面具有很大的潜力.     

直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜

在回顾近年来直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜的发展历程基础上,分别综述了制膜材料SPEEK的合成和SPEEK质子交换膜的制备研究进展,重点总结了SPEEK质子交换膜的电导率和阻醇性能及其稳定性的影响因素和影响规律,其中包括制膜材料和溶剂以及工艺、SPEEK的共混改性、SPEEK的填充改性或多层复合结构的影响,进而分析了高性能SPEEK质子交换膜的开发研究前景.     

DMFC用磺化聚醚醚酮/聚苯胺共混型质子交换膜的研究

磺化聚醚醚酮膜(SPEEK)是直接甲醇燃料电池(DM FC)用质子交换膜的候选材料之一,但是当温度和磺化度(D S)较高时,该膜在甲醇水溶液中溶胀非常严重,甚至溶解,其使用温度受到限制。将磺化度为50.11%的SPEEK和聚苯胺(PAN I)共混制膜,希望利用酸碱之间的相互作用对SPEEK进行改性。研究结果表明,PAN I的加入使SPEEK/PAN I共混膜的使用温度有较大提高,并且该膜还具有较高的电导率和较好的阻醇性能。     

SPPESK/SPEEK共混质子交换膜的制备与性能

以耐溶胀性能较好的磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)和吸水性较强的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,制备了SPPESK/SPEEK共混质子交换膜。考察了共混膜的水吸收率,水溶胀度,甲醇水溶胀度,甲醇渗透率及质子传导率和力学性能。80℃时,共混膜具有适当的水吸收(101%)和溶胀度(34%),较低的甲醇水溶胀度(20%),较高的质子传导率(0.212 S/cm),与SPPESK膜相比,质子传导率提高了18%。SPEEK的加入改善了共混膜的柔韧性,断裂拉伸应变从16.48%提高到30.43%。     

磺化聚醚醚酮/多壁碳纳米管复合质子交换膜的制备与性能

合成了表面接枝磺酸基团的改性多壁碳纳米管(S-MWNTs),通过溶液共混法制备了用于直接甲醇燃料电池的磺化聚醚醚酮(SPEEK)/S-MWNTs复合膜.扫描电镜显示,SMWNTs在掺杂量比较少时,能够在SPEEK基体中均匀分散;热重分析证明,复合膜具有优异的热稳定性.当掺杂量为1%时,复合膜的机械性能,尺寸稳定性及电导率均提高,这有效解决了纯SPEEK膜中质子电导率与机械性能、尺寸稳定性等相矛盾的问题.     

磺化聚苯醚/聚醚酰亚胺共混质子交换膜的制备与性能

以磺化聚苯醚(SPPO)和聚醚酰亚胺(PEI)为原料,采用溶液共混法制备了SPPO/PEI共混质子交换膜,并经扫描电镜(SEM)、热重分析、拉伸测试等对膜的结构和性能进行了表征。结果表明,共混膜较纯SPPO膜具有更高的热稳定性、力学性能和尺寸稳定性;SPPO与PEI之间的强烈氢键相互作用使两组分之间并未发生明显的相分离。PEI的引入虽使得共混膜的质子传导率有所下降,但对于PEI含量在40%以下的共混膜,其质子传导率仍维持在约10-2S/cm的数量级水平,能满足质子交换膜的要求。     

磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯共混膜的研究

通过溶液法将聚偏氟乙烯(PVDF)与不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混,制备了一系列不同比例的SPEEK/PVDF共混膜,通过对共混膜的结构和性能进行表征和分析,研究了聚合物的相容性对共混膜性能的影响。结果表明,低磺化度SPEEK与PVDF之间的相容性比高磺化度SPEEK好,并且低含量的PVDF与SPEEK的相容性更好。随着共混膜中PVDF含量的增加,PVDF的熔点稍微提高,结晶度逐渐增大。SPEEK磺化度的高低对PVDF的熔点影响不大,高磺化度共混膜中PVDF的结晶度大于低磺化度共混膜。SPEEK的磺化度越高,膜的吸水率越大,溶胀率越高。在SPEEK中共混入PVDF,会降低膜的吸水率,抑制溶胀。随着PVDF含量的增加,共混膜的质子电导率和甲醇渗透率呈下降趋势,总体来看,PVDF对甲醇渗透的抑制作用大于对质子传导的抑制作用,共混膜的选择性均有提高。     

交联结构磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备与性能EI北大核心CSCD

采用3种具有不同链段长度、分子结构的硅氧烷二胺与磺化聚醚醚酮(SPEEK)反应,制备了3种具有不同交联结构的磺化聚醚醚酮质子交换膜。通过傅里叶变换红外光谱证实了交联结构的存在。通过热重分析仪、万能材料试验机和电化学综合站,研究了不同硅氧烷交联结构对质子交换膜的力学性能、热稳定性、水中尺寸稳定性、甲醇渗透率、可交换阳离子容量和质子传导率等性能的影响。结果表明,交联改性可大幅度提高SPEEK膜的力学性能、阻醇性能以及尺寸稳定性。使用含苯环结构的硅氧烷二胺(PMS)制备的交联结构质子交换膜具有最好的综合性能。相较于SPEEK纯膜,SPEEK/PMS交联质子膜的甲醇渗透系数由2.28×10^(-6) cm^2/s减小到1.89×10^(-7) cm^2/s,有效选择性是纯膜的5.6倍,溶胀比降低了59.7%。     

磺化聚醚醚酮与聚砜共混膜导电与传质特性研究

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚砜(PSF)为原材料，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，采用溶液共混方法，制备了一系列不同组成的SPEEK与PSF共混膜．研究发现，随PSF含量的增加共混膜的相分离行为加剧，电导率有一定下降，但阻醇性能得到提高．     

溶剂对溶液法制备的SPEEK质子交换膜性能的影响

本文在聚醚醚酮(PEEK)磺化反应制备相同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)基础上,采用不同的溶剂通过溶液法制备一系列SPEEK质子交换膜,采取交流阻抗法、扩散池法和溶胀法分别评价其导质子能力、阻醇性能和溶液稳定性,探讨溶剂种类对SPEEK质子交换膜性能的影响规律.试验结果表明溶剂对所制备膜的导质子能力和阻醇性能影响依赖于溶剂分子与SPEEK中磺酸基团的相互作用,若存在越强作用,膜的导质子能力越弱,而阻醇性能越高.此外,溶剂种类对膜的吸水溶胀性能存在较小的影响,对膜表面的微孔形态存在明显的影响,并与膜的导质子能力及阻醇性能存在对应关系.综合比较不同溶剂制备膜的导质子能力、阻醇性能和吸水溶胀性能,DMAc是优于DMF和DMSo的制膜溶剂.     

聚乙烯吡咯烷酮/聚(乙烯-乙烯醇)共混膜的制备及其油水分离性能

将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与聚(乙烯-乙烯醇)(EVAL)共混,采用浸没沉淀法制备了PVP/EVAL共混膜,并用于油水乳液分离过程。通过全反射红外光谱、扫描电子显微镜、拉伸试验、接触角测试等对膜的组成、结构形态、机械性能、亲水性进行了表征,并研究了PVP添加量对共混膜油水分离性能的影响。结果表明:添加PVP能较显著地改变EVAL膜的结构,且共混膜的机械强度和亲水性得到明显改善,当PVP添加量为10 wt%(PVP在铸膜液中的质量分数)时,其拉伸强度和断裂伸长率分别为纯EVAL膜的1.88倍和1.34倍。当PVP添加量为4 wt%时,油水分离稳定通量为纯EVAL膜的1.81倍,截留率为92.2%,比纯EVAL膜略高。PVP添加量为10 wt%的PVP/EVAL共混膜清洗后通量恢复率由纯EVAL膜的51%增至77.98%。     

交联结构磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备与性能

采用3种具有不同链段长度、分子结构的硅氧烷二胺与磺化聚醚醚酮(SPEEK)反应,制备了3种具有不同交联结构的磺化聚醚醚酮质子交换膜。通过傅里叶变换红外光谱证实了交联结构的存在。通过热重分析仪、万能材料试验机和电化学综合站,研究了不同硅氧烷交联结构对质子交换膜的力学性能、热稳定性、水中尺寸稳定性、甲醇渗透率、可交换阳离子容量和质子传导率等性能的影响。结果表明,交联改性可大幅度提高SPEEK膜的力学性能、阻醇性能以及尺寸稳定性。使用含苯环结构的硅氧烷二胺(PMS)制备的交联结构质子交换膜具有最好的综合性能。相较于SPEEK纯膜,SPEEK/PMS交联质子膜的甲醇渗透系数由2.28×10~(-6) cm~2/s减小到1.89×10~(-7) cm~2/s,有效选择性是纯膜的5.6倍,溶胀比降低了59.7%。     

亲水剂对磺化聚醚砜基阳离子交换膜结构与性能的影响

以低磺化度磺化聚醚砜(SPES)为基质材料,与亲水剂聚乙烯吡咯烷酮K60(PVPK60)共混,通过改变SPES与PVP的质量比[m(SPES)/m(PVP)],制备阳离子交换膜(CEM),考察膜结构与性能.研究发现,随m(SPES)/m(PVP)的减小,CEM的力学性能先增加后降低,膜中PVP未发生明显泄露,膜稳定性良好;亲水性逐渐增加;膜表面规整,表面粗糙度先降低后增加;SPES与PVP相容性良好;电渗析脱盐(ED)测试表明m(SPES)/m(PVP)为6/4和5/5阳离子交换膜优于商品对照膜的脱盐效果.因此,m(SPES)/m(PVP)为6/4和5/5时,制备的CEM整体性能较为理想.     

燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜的研究

通过浓硫酸磺化法制备了具有不同磺化程度的磺化聚醚醚酮(SPEEK),并对此种质子交换膜进行了物化性能和H2／O2质子交换膜燃料电池性能研究,实验结果表明,SPEEK膜具有较理想的力学稳定性和气体渗透率,它的微观结构和质子传导性能与Nafion膜有所不同,经过其H2／O2质子交换膜燃料电池的性能研究,SPEEK膜能够保证电池在200h内稳定运行,有希望成为PEMFC用质子交换膜材料。     

磺化聚醚醚酮磺化度的测定及其对质子交换膜性能的影响

以聚醚醚酮（PEEK）和浓硫酸为原料,采用后磺化法制备不同磺化度的磺化聚醚醚酮（SPEEK）。采用核磁共振法测定SPEEK的磺化度,并研究了磺化度对SPEEK质子交换膜性能的影响。结果表明：磺化度高于80％的SPEEK会发生过度溶胀,而磺化度为48％～65％范围的SPEEK膜表现出较好的质子传导率、阻醇性能及抗吸水性能。     

磺化聚砜/聚醚砜共混非对称纳滤膜的制备与性能表征

以相转化法制备了磺化聚砜(SPSF)/聚醚砜(PES)共混新型纳滤膜,并研究了磺化聚砜的磺化度以及聚醚砜/磺化聚砜的共混质量比对低分子量PEG的截留率和脱盐率性能的影响.结果表明:在操作压力为0.5MPa,料液温度为25℃下,当PES/磺化度10%SPSF共混比为6∶4时,SPSF/PES共混膜对PEG1000、PEG800和PEG600的截留率分别为99.8%、81.0%和57.8%,对硫酸钠、氯化钠的截留率分别为69.0%和23.5%,SPSF/PES共混膜的纯水通量为90.3L/(m2.h).     

SGO/SPEEK同轴电纺纤维质子交换膜的制备

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)和磺化氧化石墨烯(SGO)为基材,提出同轴静电纺丝法制备SGO/SPEEK核壳纤维,再经堵孔进一步制备了同轴纺膜.聚合物纤维化和SGO无机掺杂有效地提高了膜的耐溶胀性.同轴纺丝进一步将SGO限域在SPEEK纤维内核中,提高了有机-无机相容性.另外,SGO/SPEEK同轴纤维中形成的长程连通质子传导通道,也可提高膜的质子传导能力.研究结果表明,在80℃时,同轴纺膜的溶胀度仅为共混浇铸膜的23%,说明纳米纤维核壳结构可以有效地抑制膜溶胀;同轴纺膜的质子传导率可达166 mS/cm,拉伸强度达62.7 MPa,单电池开路电压达到1.004 V,均优于单轴纺膜和共混浇铸膜.     

改性SiO2／磺化聚醚醚酮复合质子交换膜的形貌与性能研究

用球磨法对SiO2进行了改性并制备改性SiO2/磺化聚醚醚酮(SPEEK)复合膜,用扫描电镜分析了膜的形貌,并测定了其热稳定性、拉伸强度、电导率等性能.SEM分析结果表明,当SiO2含量为10%时,KH560改性SiO2(简记为:SiO2-KH560)在复合膜中的分布更均匀,并基本呈纳米尺度分布;膜的性能测定结果表明,复合膜的热稳定性都较均质膜有较大的提高;当SPEEK离子交换容量相同时,与均质膜相比,复合膜的电导率以及抗拉强度有增大趋势.