质子传导膜制备方法放大与膜性能表征

为了满足新能源电池对质子选择性导电膜的需要,提出一种质子传导膜的新型制备工艺,并进行质子传导膜的制备工艺放大.以聚偏氟乙烯(PVDF)和烯丙基磺酸钠(SAS)为原料,成功制备长1 000mm、宽800mm的质子传导膜.膜性能测试结果显示,质子传导膜电导率随SAS质量分数变化显著.当SAS质量分数为20%时,膜电导率3.0×10-2 S/cm;膜化学稳定性良好,使用Fenton试剂氧化法测得膜剩余质量分数97.5%;屈服强度23N/mm2,膜爆破强度为2MPa;TGA分析膜分解温度高于400℃.该膜应用于全钒液流电池,自放电实验测得开路电压下降速率为1.41×10-3 V/h,库伦效率93%.结果表明,膜材料综合性能良好,有望在全钒液流电池产业化过程中得到大规模应用.     

磺化聚醚砜膜的制备及其质子传导性能

以氯磺酸为磺化剂、浓硫酸为溶剂对聚醚砜进行磺化,得到具有良好亲水性能的磺化聚醚砜SPES膜。磺化度和湿度对磺化聚醚砜膜的电导率具有显著影响,磺化度为31.5%时,膜的电导率达到0.0163S.cm-1。当膜的亲水性能和吸水率增大,更多的水分子扩散到SPES的骨架体系中,并在含有-SO3H的亲水区之间形成水桥,有利于质子交换通道的形成和水合质子的传递,促进了电导率的提高。     

离子束溅射Si／Ge多层膜的界面结构研究

采用离子束溅射技术，在玻璃衬底上制备了不同周期数的Si／Ge多层膜样品。通过Raman光谱和X射线小角衍射对薄膜进行了表征和分析，发现随着生长周期数的增加，层与层之间的互扩散效应逐渐减弱，界面结构逐渐清晰，生长周期为25的样品界面最平整。     

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能.本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用.     

全钒液流电池的质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模的蓄电储能设备,在新能源发电和电网调峰等方面有重要应用.质子传导膜是钒电池的关键材料,对电池的性能、成本和寿命有着十分重要的影响.文章在简单介绍VRB的基本组成和原理以及对隔膜的性能要求的基础上,主要论述了目前报道的几种VRB隔膜材料及其改性方法,以及对电池性能的影响,最后对质子交换膜的发展方向和前景进行了总结和展望.     

掺杂纤维素/离子液体的聚苯并咪唑质子传导膜及钒电池性能研究

质子化后的聚苯并咪唑(PBI)膜因同时具备传输质子和阻隔钒离子能力,常被用作全钒液流电池(VRFBs)质子传导膜,但是较低的质子电导率严重影响其实际应用.本文通过使用氰乙基纤维素/离子液体(CEC@ILs)作为改性剂,直接掺杂到PBI基体中,构建了一系列PBI/CEC@ILs全钒液流电池质子传导膜.研究了其吸水率、面电阻、质子电导率、钒离子渗透率以及相应电池循环性能等性能.结果表明：CEC的掺杂能有效改善PBI的质子电导率,在电流密度120 mA/cm²下,PBI/CEC@ILs-3%的电压效率(EV)和能量效率(EE)可达81.8%、79.5%.经过300次循环后EE值仍可保持在78%以上,并且自放电时间600 h后电压没有明显下降,均优于PBI膜和Nafion115膜.     

Ag/Ni多层膜的界面自由能研究

利用多层膜零蠕变法，直接测量si(111)单晶片上沉积的Ag／Ni多层膜界面自由能。通过基片曲率法实时测量Ag／Ni多层膜升温退火过程中的应力变化，在450℃保温，发现此时多层膜达到平衡状态，最终的平衡应力为0．57MPa，计算出Ag／Ni的界面自由能％。为0．63J／m^3，最后结合XRD测试结果和SEM剖面形貌，从界面能角度对多层膜的稳定性进行了分析讨论。     

全钒液流电池的质子传导膜研究

研究质子传导膜对全钒液流电池性能的影响,包括膜面电阻、阻钒性以及质子传导膜厚度,为研究开发适用于全钒液流电池的质子传导膜提供依据.通过测定钒电池循环充电/放电过程的效率、暂态极化曲线、静态交叉放电曲线,建立选择与优化膜材料的评价方法;在考察膜电导率、膜厚、阻钒性和机械强度的综合性能指标后,认为膜面电阻在0.3～0.5 Ω·cm2范围,具备优良阻钒性能条件下,膜厚约150 μm比较合适.使用符合该性能的聚偏氟乙烯质子传导膜时,钒电池能量效率超过70％,有望满足发展大容量蓄电储能装备的需要.     

纳米多层膜的界面微结构与超硬度

综述了近年来纳米多层膜界面微结构及超硬度效应的研究进展,表明纳米多层膜硬化的主要机制是位错镜像力及hall-petch模型,超模效应及晶格错配引起的交变应变场对硬化起次要作用。     

纳米多孔质子传导膜中钒离子和水分子迁移行为研究

研究全钒液流电池充电/放电过程,电解液中不同价态水合钒离子、氢离子、水分子在纳米孔径的质子传导膜中的渗透迁移行为,为膜材料性能改进以及电解液系统管理提供依据.通过测定全钒液流电池开路状态下的自放电、恒电流模式下的充电/放电循环过程,分析钒离子渗透和水迁移影响因素,揭示电池运行过程纳米多孔质子传导膜中钒离子渗透及水迁移规律.结果表明:自放电过程主要发生钒离子浓度差作为推动力的传质扩散,水分子的跨膜净迁移量可忽略;在恒流模式下的充电/放电循环过程中,隔膜两侧阴极、阳极电解液中水合离子迁移、浓差扩散、渗透压效应均发生作用,导致阳极侧电解液向阴极侧发生净的水迁移,需要通过电解液管理保持电池系统正常运行.     

纳米多层膜制备概述

纳米多层膜具有很多特殊性能，得到了广泛的应用。阐述了多种纳米多层膜的制备方法，主要包括电化学沉积法、物理和化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、组装技术以及其它制备技术。大量研究和试验表明，不同的制备方法得到的多层膜具有其特殊的性能。     

含有序贯通孔道液晶聚合物膜的制备及其无水质子传导

利用含苯甲酸（6OBA）和苯乙烯基吡啶（6SzMA）基团的单体分子间氢键作用诱导形成超分子液晶,与交联剂（C6H）混合后通过原位光聚合,在平行取向条件下制备功能液晶聚合物膜,获得有序贯通的传导通道,并应用于无水质子传导,进一步通过H₃PO₄掺杂实现质子传导性能强化。运用FT-IR、POM、TGA、DSC、2D-SAXS、高分辨TEM和EIS对其氢键、液晶特性、微观结构和无水质子传导性能进行表征。结果表明,6OBA与6SzMA分子间形成氢键诱导产生近晶相,平行取向条件下聚合后,近晶相层结构固化获得纳米尺度规整排布的有序孔道,在无水条件下170℃时其质子传导率为7.1×10^-9 S/cm。H₃PO₄掺杂后以分子簇的形式存在,充足的质子源和增强的氢键网络使得传导性能显著提升超4个数量级,170℃时达到3.2×10^-4 S/cm。     

燃料电池质子交换膜中物质传导过程探讨

本文通过对合成的磺酸型质子交换膜吸性和导电性的分析 ,发现膜中水的存在对质子导电性有很大的影响 ,并从理论上分析了水与质子在膜中的传递过程 ,认为质子在膜中的传递遵循“似液体”理论 ,水的存在对导质子起促进作用。水在膜中有液态和气态两种存在形式 ,电渗作用和扩散作用分别使水向相反的方向运动 ,从而保持膜中水平衡。     

聚丙烯腈静电纺丝膜表面界面聚合制备复合纳滤膜

以聚丙烯腈静电纺丝膜为基膜,哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为单体,采用界面聚合法制备新型的复合纳滤膜,并对其性能进行了表征.实验重点研究了界面聚合中参加反应单体的浓度对界面聚合的影响.并用表面全反射红外光谱(ATR-FTIR)和扫描电镜(SEM)分别对界面聚合前后膜表面化学组成和膜表面、断面的微观结构进行了表征.最后还对复合膜的分离性能进行了测试,在0.3 MPa、25℃条件下,膜的纯水通量为14 L/(m2· h),复合膜对2 000 mg/L NaCl和Na2 SO4以及10 mg/L的固绿和甲基橙小分子的截留率分别为27.92％、95.13％、93.59％和95.81％,达到了纳滤分离级别.     

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.     

直流磁控溅射法制备金钆多层膜

本文介绍了直流磁控溅射方法制备Au／Gd多层膜，探索了多层膜的制备工艺参数，利用X射线衍射表征了多层膜的界面结构及混和膜的晶型结构，原子力显微镜观察了膜的表面形貌和粗糙度。成功地制备了膜层厚度控制精确、界面清晰和表面光洁的Au／Gd多层膜。     

银基透明导电多层膜界面研究进展

由于具有较低的电阻率和成本、较好的机械加工性能、设计上的灵活性,可室温沉积等优点,银基透明导电多层膜已广泛应用于低辐射膜、强电磁屏蔽、低功耗光电子器件特别是柔性电子器件等领域.但由于材料自身的性质与制备条件的差异性,实际制备的金属/电介质(或半导体)透明导电多层膜界面处往往存在表面等离子体共振、界面导电电子散射、膜层脱...     

磺化聚砜/POSS杂化质子传导膜的制备及钒电池性能

将磺化度为62%的磺化聚砜(SPSf)与笼型倍半硅氧烷(POSS-NH_2)进行共混,得到系列SPSf/POSS-NH_2杂化质子传导膜,研究了POSS-NH_2含量对SPSf/POSS-NH_2膜的吸水率、面电阻、质子电导率、钒离子渗透率、机械强度、耐氧化性能及相应钒电池性能的影响.研究表明,添加POSS-NH_2后,热分解温度提高,质子电导率可达10.55 mS/cm, POSS-NH_2质量分数为5%的S-P-5%杂化膜钒离子渗透率降低至5.47×10~(-9) cm~2/min,质子选择性提高(1.930×10~6 S·min/cm~3),远优于Nafion115膜(1.23×10~5 S·min/cm~3)和纯SPSf膜(S-P-0%膜)(5.41×10~5 S·min/cm~3).与S-P-0%膜相比,S-P-5%膜为电池效率最佳,库伦效率可稳定维持在99.4%左右,高于Nafion115膜(92.38%)和S-P-0%膜(91.72%),电压效率和能量效率也得到明显提升,300次循环仍然具有较稳定的电池效率,自放电时间达117 h,是Nafion115膜的10倍,POSS的引入为SPSf质子传导膜性能的提升提供了新思路.     

全钒液流电池离子传导膜研究进展

全钒液流电池(VFB)作为大容量、快速充放电、高效率的液流储能电池,是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的一种理想储能装置。作为VFB的关键功能材料之一,离子传导膜既起到分隔正负极、防止电池短路的作用,又具备电荷载体的传导功能。介绍了VFB的工作原理及商业化离子传导膜的研究应用现状,对比分析了非氟离子传导膜实现电荷载体传导功能的改性方法,为新型离子传导膜的设计提供科学基础。     

侧链磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

为进一步提高磺化聚醚醚酮质子交换膜的尺寸稳定性、耐氧化性和质子电导率,从侧链结构出发设计制备了一种新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.以磺化聚醚醚酮为聚合物主链,利用N,N′-羰基二咪唑(CDI)的活化作用将1-乙醇胺(MEA)与磺酸基团反应,从而延长侧链长度,再通过1,3-丙磺酸内酯的开环反应引入磺酸功能基团,最后采用溶胶-凝胶法制备出一系列新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.对所制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜分别进行了结构和性能表征.结果表明,该类侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜中产生了亲水/疏水相分离结构,并且具有适当的吸水率和较低的溶胀度(9.2%).该类质子交换膜具有更高的质子电导率,其中60℃时支化程度为80%的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率高达0.096 S/cm.此外,制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜也具有良好的机械性能、氧化稳定性和热稳定性.