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。     

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。     

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。     

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.     

SPEEK/PVP质子交换膜的制备研究

采用氯磺酸(Cl-SO3H)作磺化剂,合成了磺化聚醚醚酮(SPEEK);并通过不同分子量、掺量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP),测试了SPEEK膜的基本性能,并进行了SPEEK/PVP共混膜材的制备研究.采用傅立叶红外(FT-IR)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗(EIS)以及干湿称重法、芬顿法等,测试分析了PVP的分子量及掺量对SPEEK膜的热稳定性、形貌结构、尺寸稳定性、抗氧化性,以及质子传导性能的影响.结果表明:SPEEK/PVP(质量比为1∶1)共混膜具有较好的热稳定性,表面光滑,更加致密,溶胀度仅为13.34%,抗氧化稳定性可达2.06%,电导率达0.06S/cm,显著优于SPEEK膜.     

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%。     

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。     

SPEEK/P4VP酸碱复合质子交换膜的制备与性能

利用4-乙烯吡啶(4-VP)碱性单体与磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混,通过热聚合方法制备了SPEEK/P4VP酸碱复合质子交换膜,并考察了引发剂种类、用量和P4VP添加量对复合膜制备和性能的影响。质量分数为0.2%的偶氮二异丁腈较适宜作为引发剂制备复合膜;P4VP的添加使得复合膜的质子传导率和离子交换容量IEC(IEC=mmol SO3H/g drymembrane)略有下降,但复合膜的吸水率降低,抑制溶胀能力增强,且温度越高,抑制能力越为明显,此外复合膜的阻醇性能和拉伸屈服应力也有所提高,当4-VP的含量在50%(质量分数,下同)时,复合膜的甲醇渗透率与SPEEK和Nafion膜相比分别下降了70%和99%。     

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.     

聚乙二醇/磺化聚苯醚质子交换膜的制备与性能研究

采用溶液共混浇铸法制备了一系列的聚乙二醇/磺化聚苯醚(PEG/SPPO)共混膜SPPO的红外光谱图显示了磺酸基团的成功引入;X-射线衍射图表明,加入柔性的聚乙二醇,SPPO的有序程度降低;膜的离子交换容量(IEC值)、质子传导率和吸水率等理化性能结果表明:PEG/SPPO共混膜的质子传导率和离子交换容量虽然较纯SPPO膜有所下降,但是最大也分别达到了1.80mequiv.g-1和0.061S/cm(PEG/SPPO=10/90,90℃),仍然可以满足质子交换膜的使用要求,而复合膜的吸水率和溶胀率较SPPO膜大幅降低。整体来说,复合膜的各项综合性质良好,有望应用于直接甲醇燃料电池。     

磺化聚芳醚酮砜/PVA复合质子交换膜的制备与性能

为了进一步提高质子交换膜在中高温时的质子导电率,文中以高磺化度的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混法制备了PVA不同含量的磺化聚芳醚酮砜/PVA复合膜。通过对复合膜的性能测试发现,PVA的引入提高了膜的热稳定性、吸水率和保水能力。而且SPAEKS/PVA复合膜的质子传导率高于SPAEKS膜,在80℃时,复合膜的质子传导率都在0.07 S/cm以上,能够满足中高温质子交换膜燃料电池的使用要求。     

磺化聚芳醚酮砜的热降解动力学

通过热重分析仪(TGA)对作为质子交换膜材料使用的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)进行了热性能研究.采用不同的升温速率,分别用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法研究了不同磺化度的SPAEKS在氮气氛围下磺酸基团完全脱落前的热降解动力学.研究表明,通过Kissinger方法计算得到SPAEKS的活...     

磺化聚醚醚酮上浆剂的制备及其对碳纤维性能的影响

目的 制备一种热塑性上浆剂,以期改善碳纤维的表面性能以及单丝拉伸性能。方法 通过直接磺化法制备磺化聚醚醚酮水性上浆剂,并通过喷涂法对未上浆的T300碳纤维进行上浆处理,研究制得上浆剂的结构特征、性能以及其对碳纤维性能的影响。结果 制得磺化聚醚醚酮的磺化度约为74%,以此为主浆料配制的水性上浆剂具有良好的成膜性和储存稳定性。经上浆处理后,碳纤维表面形成了连续的磺化聚醚醚酮上浆层,表面官能团含量明显增加,树脂微滴在纤维表面的接触角降低。此外,上浆层可以弥补纤维表面的部分缺陷,使得上浆后碳纤维的单丝拉伸强度提高了5%。结论 磺化聚醚醚酮上浆剂可以有效改善碳纤维的表面性能及单丝拉伸性能。     

磺化聚芳醚酮砜中磺酸基团的降解动力学

采用不同升温速率,对作为质子交换膜材料使用的磺化聚芳醚酮砜(sPAEKS,磺化度为0.8)共聚物在不同气氛中进行了热重分析.研究表明,SPAEKS在空气中更容易完成高分子主链的完全断裂.分别用Kissinger和FIynn-Wall-Ozawa方法对SPAEKS中磺酸基团进行了降解动力学研究,得到其活化能E、指前因子A...     

测试介质对纳米CeO_2改性SPEEK膜质子电导率的影响

采用纳米氧化铈(CeO2)改性磺化度48.3%的磺化聚醚醚酮(SPEEK),通过溶液浇铸法制备用于直接甲醇燃料电池的质子交换膜.在两种介质中测试改性膜的电导率均随温度的升高而增大,与未改性膜相比却大小正好相反:在1 mol/L以盐酸溶液为电解液的测试介质中,改性膜的电导率是未改性膜的15倍,在水蒸气测试介质中,却仅为40%.红外光谱分析表明,CeO2中的铈原子与—SO3H基团中的氧原子发生配位作用.X射线衍射仪(XRD)分析可见,当复合膜浸入1 mol/L盐酸4 h前后,纳米CeO2的晶体结构未见明显变化,表明所发生的配位作用仅处于CeO2和SPEEK两个固相界面上.扫描电子显微镜(SEM)观察改性膜和未改性膜均无网络结构和微相分离,质子在膜内通过—SO3H基团之间的跃迁传导,酸溶液介质远比水蒸气有利于质子在纳米CeO2改性SPEEK膜内磺酸基团之间的跃迁.     

Sulfonated carbon black-based composite membranes for fuel cell applications

Two different commercial grade carbon black samples, Cabot Regal 400R (C1) and Cabot Mogul L (C2), were sulfonated with diazonium salt of sulfanilic acid. The resultant sulfonated carbon black samples (S–C) were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermal gravimetric analysis (TGA). Composite membranes were then prepared using S–C as fillers and sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) as polymer matrix with three different sulfonation degrees (DS = 60, 70 and 82%). Structure and properties of the composite membranes were characterized by FTIR, TGA, scanning electron microscopy, proton conduction, water uptake, ion exchange capacity and chemical stability. Incorporation of S–C particles above 0· 25 wt% caused decrease in chemical stability. Pristine and composite membranes prepared from SPEEK82 decomposed completely in $\boldsymbol{<}$ 1 h, which is undesirable for fuel cell applications. SPEEK60 membrane having wt% of 0·25–0· 5 with S–C particles led to higher proton conductivity than that of pristine membrane. No positive effect was observed on the properties of the composite membranes with the addition of S–C particles at high concentrations due to the agglomeration problems and decrease in the content of conductive polymer matrix.     

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。     

氧化石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物复合质子交换膜的制备与性能

通过共混的方法制备了含笼型聚倍半硅氧烷(POSS)星型拓扑结构嵌段共聚物的氧化石墨烯(GO)/笼型聚倍半硅氧烷-(聚甲基丙烯酸甲酯-共聚-磺化聚苯乙烯)(POSS-(PMMA₂₆-b-SPS₁₅₆)₈)复合质子交换膜。通过研究复合质子交换膜的离子交换容量(IEC)、质子传导率、吸水率与溶胀率,考察了GO含量对复合质子交换膜性能的影响。研究发现:复合质子交换膜的离子交换容量随GO含量的增加而升高,吸水率和溶胀率随着GO加入而降低,在测定温度范围内复合质子交换膜均表现出较高的尺寸稳定性,GO的添加改善了纯聚合物膜在80℃失水导致传导率下降的问题,提高了质子交换膜的质子传导率,发现在相对湿度为100%、80℃时,GO含量为0.3wt%的复合质子交换膜的质子传导率约为纯聚合物膜的3.2倍。