SiO_2/SPFEK质子交换膜的化学稳定性及导电性能研究

为提高磺化聚醚醚酮(SPFEK)质子交换膜的化学稳定性及质子传导率等性能,采用溶胶-凝胶法制备了SiO_2/SPFEK复合质子交换膜,利用扫描电子显微镜(SEM)对复合膜的微观形态进行了表征,并考察了不同SiO_2掺杂量对质子交换膜性能的影响.结果表明,纳米SiO_2能提高膜的质子传导率和氧化稳定性.当SiO_2掺杂质量分数为8%时,复合膜的质子传导率在80℃时为5.59×10~(-2) S/cm,且表现出良好的氧化稳定性等.     

液流电池用含氟磺化聚芳醚酮质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。以6F-双酚A(6F-BPA)、二氟二苯甲酮(DFBP)及磺化二氟二苯甲酮(SDFBP)为共聚单体,经由逐步缩聚反应,通过调整DFBP与SDFBP的投料比,合成了3种含氟磺化聚芳醚酮,采用溶液浇铸成膜的方法制备成质子交换膜。傅立叶红外、核磁氢谱及离子交换容量的表征结果表明所合成聚合物的结构与目标产物的结构相一致。当SDFBP与DFBP的投料比为1∶1时,所制备的质子交换膜具有最高的H~+传导选择性,所组装的钒流电池在充放电流为50mA/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,78%,74%,优于同等条件下Nafion 117膜的性能。     

聚苯胺/银复合薄膜的制备及其耐蚀性能

为了研究聚苯胺(PANI)/银复合薄膜对不锈钢的防腐蚀性能,采用循环伏安法在不锈钢表面沉积一层Ag后,再通过对苯胺的电化学聚合制备了PANI膜。利用阳极极化法和交流阻抗法研究了PANI/Ag复合膜的耐蚀性及其影响因素。结果表明:在0.1 mol/L NaC l溶液中,不锈钢覆盖复合膜后的自腐蚀电位比无膜时有所提高,其耐蚀性能得到增强;电化学聚合溶液浓度、扫描速率及扫描上限等因素对复合膜耐蚀性的影响情况为:电解液中苯胺和硫酸浓度过高或过低都会影响膜的致密度,从而影响复合膜的耐蚀性;电化学参数的变化会影响复合膜的聚合速率,使复合膜的抗腐蚀能力不同;当苯胺单体浓度为0.2 mol/L、硫酸浓度为1 mol/L、扫描电位上限为1 V、扫描次数为50次、扫描速率为50 mV/s时,采用循环伏安法聚合苯胺,可形成沉积致密度高、耐蚀性好的复合膜。     

基于P_2O_5-SiO_2与磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯合成的有机/无机复合质子交换膜EI北大核心CSCD

通过向磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚偏氟乙烯(PVDF)复合物中添加P_2O_5-SiO_2溶胶,成功合成了有机/无机复合质子交换膜。对比于SPEEK/PVDF复合膜,所制备的有机/无机复合质子交换膜不仅保持了较高的尺寸稳定性及力学性能,同时还进一步提升了其质子电导率和吸水率。在所制备的有机/无机复合膜中,40%(质量分数)P_2O_5-SiO_2的有机/无机复合膜质子电导率达到0.1883S/cm,其所组装的单电池的开路电压为0.996V,峰值功率密度达到490mW/cm2。     

基于P_2O_5/SiO_2与磺化聚醚醚酮合成的无机/有机复合质子交换膜

采用溶胶-凝胶法制备P2O5/SiO2溶胶与P2O5/SiO2粉末,之后分别与磺化聚醚醚酮(SPEEK)复合,制得无机/有机复合质子交换膜并研究了两种膜的形貌、力学性能以及质子电导率。与纯SPEEK膜相比,P2O5/SiO2无机成分的引入能显著改善复合膜的质子导电性能。同时,P2O5/SiO2的不同引入方式导致复合膜具有不同的结构,进而引起复合膜力学性能与质子导电性能上的差异。在所制备的无机/有机复合膜中,含有40%P2O5/SiO2(质量分数)粉末的复合膜的质子电导率达到1.6×10-2 S/cm,其所组装的单电池的开路电压为0.95V,峰值功率密度达到446mW/cm2。     

原位聚合法制备Nafion~/PANI复合膜及其在DMFC中的应用

用0.1mol/L(NH42)S2O8/1mol/L盐酸溶液作引发剂,采用原位化学聚合的方法将苯胺单体聚合在Nafion~112膜基体中.扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)测试结果表明,复合膜的表面和Nafion~112膜相比有明显变化,苯胺主要聚合在膜的两侧.复合膜的红外光谱中出现明显聚苯胺(PANI)的特征吸收峰说明,苯胺成功地聚合在Nafion~112膜中.完全湿润状态下复合膜的质子电导率和Nafion~112膜相比有少许下降.甲醇渗透性能测试表明,复合膜具有明显的阻醇作用,NF/PANI-2膜的甲醇渗透率值是1.83×10-6 cm2/s和Nafion~112膜相比降低了44%.相应地由NF/PANI-2膜组装的直接甲醇燃料电池(DMFC)开路电压值比Nafion~112膜的提高了7%,最大功率密度提高了30%.     

基于P_2O_5-SiO_2与磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯合成的有机/无机复合质子交换膜

通过向磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚偏氟乙烯(PVDF)复合物中添加P_2O_5-SiO_2溶胶,成功合成了有机/无机复合质子交换膜。对比于SPEEK/PVDF复合膜,所制备的有机/无机复合质子交换膜不仅保持了较高的尺寸稳定性及力学性能,同时还进一步提升了其质子电导率和吸水率。在所制备的有机/无机复合膜中,40%(质量分数)P_2O_5-SiO_2的有机/无机复合膜质子电导率达到0.1883S/cm,其所组装的单电池的开路电压为0.996V,峰值功率密度达到490mW/cm2。     

天然粘土矿物材料在质子交换膜中的应用进展

质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其应用温、湿度范围的重要途径之一。天然粘土矿物多为含水层状硅酸盐化合物,特殊的孔、层结构和纳米尺度赋予其较大的比表面积和表面效应,其表面和层间富含的羟基在提高复合膜机械强度的同时固定了传质介质,从而在复合膜中构建新的质子传导通道用以提高膜的性能。从纳米微观多个维度综述了不同类别粘土矿物的结构与性能,以及其在质子交换膜中的研究进展,对天然粘土矿物复合质子交换膜的研究进行了总结与展望。     

面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景,开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊,作为原料的H₂、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件,需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此,首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM),将其加入Nafion溶液中混合均匀,利用溶液浇铸法制膜,探索并优化了PAAAM的加入量;随后,对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征,并进行电池输出性能测试;最终结果表明:Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H₂的条件下,最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时,Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H₂、空气流量分别为0.1 L·min?1和0.55 L·min?1时,采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm?2。      

低成本超薄复合膜用于不同溶液体系钒电池的性能研究

采用廉价的聚烯烃微孔膜作为支撑体,全氟磺酸离子交换树脂作为复合相,设计并制备了成本低、机械强度高、性能优异的超薄液流电池复合膜.研究了在H_2SO_4和HCl不同体系下复合膜的氢离子传导、钒离子渗透、电池性能.结果表明,25μm复合膜具有较高的机械强度和较低的溶胀率;在混酸钒溶液体系(1.5 mol/L VOSO_4+1.5 mol/LH_2SO_4+2.5 mol/L HCl)的电池性能优异,100 mA/cm~2下能量效率(EE)为80%.同时,复合膜成本较低(40～60元/m~2),具有应用前景.     

Synthesis and characterization of new composites: PANI/Na-AlSBA-3 and PANI/Na-AlSBA-16

The new aluminosilicate materials (Na-AlSBA-3 and Na-AlSBA-16) were synthesized for application in the preparation of composites. Silica mesoporous materials were obtained following the sol-gel method and post-synthesis alumination. These methods were effective for the synthesis of SBA-3 and SBA-16, showing XRD patterns and other characteristics in agreement with the literature.Aniline-saturated hosts were prepared by adsorption of aniline (exposed to the equilibrium vapors from liquid aniline) into the mesoporous materials. Polyaniline/Na-AlSBA-3 (PANI-3) and polyaniline/Na-AlSBA-16 (PANI-16) composites have been synthesized by an in situ polymerization of aniline-saturated hosts. TG, FTIR, XRD, SEM and TEM were used to characterize the resulting composites. These studies show that PANI is generated inside the channel of the hosts. PANI-16 has an amount of emeraldine salt higher than PANI-3 composite. The electrical conductivity measurements confirmed that PANI and mesoporous materials were true hybrid nanocomposites. The conductive properties of these composites were compared with those of other composites (polyaniline/Na-AlMCM-41 and polyaniline/Na-AlSBA-15) reported.     

接枝聚合法制备PANI/CeO_2-APTMS复合材料及其电化学性能

对氧化铈(CeO_2)进行3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)修饰得到改性氧化铈(CeO_2-APTMS),并与苯胺(An)发生接枝聚合,制备出CeO_2-APTMS为载体,负载聚苯胺(PANI)的复合材料PANI/CeO_2-APTMS。采用红外光谱、X射线衍射、热重分析及旋转圆盘电化学测试技术,将PANI/CeO_2-APTMS复合材料同未经改性PANI/CeO_2复合材料、纯PANI电化学性能进行比较。结果表明,PANI/CeO_2-APTMS中PANI接枝效果最好,而且CeO_2-APTMS表面接枝PANI与纯PANI结构相同;经过APTMS修饰CeO_2与PANI之间通过价键接枝成PANI/CeO_2-APTMS的起始分解温度在242℃左右,且在200~600℃内的分解速率最慢,PANI/CeO_2-APTMS表现出很好的热稳定性;PANI/CeO_2-APTMS复合材料修饰电极在65g/L Zn~(2+),150 g/L H_2SO_4的硫酸锌体系中,通过循环伏安测试其具有良好峰对称性以及最高阳极峰电流,极化曲线测试对比3类修饰电极时发现在不同转速下PANI/CeO_2-APTMS/GC修饰电极的析氧电位值均偏低,体现出良好的稳定性及析氧电催化活性。     

接枝聚合聚苯胺/CeO2-COOH复合材料的性能及聚合机制

对二氧化铈(CeO2)进行羧基化改性得到羧基化二氧化铈(CeO2-COOH),并与苯胺(An)接枝聚合得到核壳结构聚苯胺/二氧化铈复合材料(PANI/CeO2-COOH)。采用红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、热重分析、扫描电子显微镜及旋转圆盘电化学测试技术分析材料的结构及性能。结果表明,CeO2-COOH的CeIII/CeIV的比值接近1,具有较高的表面氧空位;PANI/CeO2-COOH中PANI接枝效果较好,而且与纯PANI结构相同;CeO2-COOH与PANI之间通过价键接枝形成的PANI/CeO2-COOH复合材料起始分解温度在228℃左右,且在200~600℃内的分解速率较慢,表现出较好的热稳定性;在1mol/LH2SO4中对电极进行循环伏安和恒电流充放电测试,PANI/CeO2-COOH复合材料电极不仅具有良好的峰对称性和最高阳极峰电流,而且还具有较好的电容性能,当电流密度为0.5A/g时,比电容达到149.5F/g。     

有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料

通过有机化学合成法使苯胺单体接枝到碳纳米管表面,然后再经化学原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料.用傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对复合材料的成分和形貌进行表征.用循环伏安法、恒流充放电和电化学阻抗等电化学测试手段来表征复合材料的电化学性能.研究结果表明,所制备的复合材料比容量可达到152F/g(有机电解液),显著高于同样条件下的纯聚苯胺、纯碳纳米管及由原位化学聚合法所制备碳纳米管/聚苯胺复合材料的电化学容量(65、25、80F/g),显示出良好的应用前景.     

不同形貌纳米炭/聚苯胺复合材料对超级电容器电化学性能的影响

通过原位化学聚合制备了不同形貌的纳米炭材料(炭黑,碳纳米管及石墨烯纳米片)/聚苯胺复合电极材料.分析表明:石墨烯/聚苯胺复合材料相比于炭黑/聚苯胺、碳纳米管/聚苯胺复合物及纯聚苯胺,具有产率和比容量高,内阻低及明显提高的循环稳定性和倍率性能.石墨烯/聚苯胺复合材料更好的电化学性能归因于:(a)二维平面结构石墨烯有利于大量聚苯胺在其表面均匀沉积及更多的活性位使聚苯胺和电解液离子接触,从而有利于聚苯胺得失电子促使氧化还原反应的顺利进行;(b)石墨烯间的面接触有利于构建电子的快速传输网络使电极材料具有更低的电阻;(c)石墨烯及聚苯胺层层堆叠结构具有柔性包覆限制作用,可有效防止聚苯胺在充放电过程中因膨胀和收缩而从石墨烯表面脱离.     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

一步法合成具有优异循环性能的聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯复合材料

研究采用一步电化学剥离和电沉积法,在含Na₂SO₄、HCl与苯胺(An)单体的混合溶液中,以柔性石墨纸为原料,利用电场条件下电解液离子定向迁移和苯胺单体的电聚合制备聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯(PANI/SGr)复合材料。更具活性的新生SGr与PANI结合,显著提高了PANI/SGr复合材料的稳定性。PANI呈纳米线状均匀分布在SGr上,形成的三维网络结构所呈现出的孔隙促进了电解液离子扩散到复合材料的内部结构中。将PANI/SGr复合材料作为超级电容器电极材料进行电化学测试,2 mV·s?1的扫速下获得的比电容为453 F·g?1。在0.5~10 A·g?1的电流密度范围内,PANI/SGr复合材料倍率性能达73.1%。在1 A·g?1的电流密度下PANI/SGr复合材料经10000次充放电之后的循环稳定性仍高达87.3%。这表明PANI/SGr复合材料具有良好的电容性能和优异的循环稳定性,有望作为超级电容器电极材料。      

聚苯胺/TiO2复合纳米膜电极的制备及其光电性能

采用原位化学氧化法,在酸性TiO2溶胶中未加分散剂制备了聚苯胺修饰的TiO2稳定溶胶,并以涂刮法在柔性导电塑料薄膜上成膜。利用FT-IR、XRD、TEM、选区电子衍射、紫外-可见光谱、光电流-电压曲线对所制备的复合溶胶及复合膜进行了表征。结果表明TiO2与聚苯胺之间实现了结构上的复合,聚苯胺的引入改善了TiO2膜对太阳光的利用率,提高了TiO2膜的光电响应性能。这种用复合溶胶制备聚苯胺/TiO2复合膜的方式扩大了成膜基底的范围。     

石墨烯／醋酸掺杂态聚苯胺的制备及其防腐性能

在醋酸体系中用原位聚合法将石墨烯(RGO)与不同比例的苯胺(ANI)合成RGO/PANI一次掺杂态产物,用氨水解掺杂后再掺杂醋酸制备出RGO/PANI二次掺杂态产物。使用红外光谱、紫外光谱和扫描电镜等手段表征产物的结构和形貌并用电化学技术测试其防腐性能。结果表明,RGO与ANI质量比为1:10时生成的一次掺杂态产物形貌最好,防腐效果最佳;RGO表面生长的聚苯胺长度为300~650 nm,直径为70~100 nm,产物的缓蚀效率可达73.19%;RGO/PANI二次掺杂态产物为石墨烯／醋酸掺杂态聚苯胺;醋酸掺杂可明显改善产物的结构和形貌并提高其缓蚀效率,缓蚀效率可达到80.21%,防腐性能优异。