燃料電池用質(zhì)子交換膜的改性

芳香型非氟PEM材料由于制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注。但這類(lèi)材料綜合性能仍然不能與Nafion?膜抗衡，普遍存在著化學(xué)穩(wěn)定性不好、使用壽命短的問(wèn)題，因?yàn)樘岣叻欠さ馁|(zhì)子電導(dǎo)率，往往以犧牲膜的熱力學(xué)性能、氣密性為代價(jià)，加上非氟膜抗氧化性差、易降解，所以電池的壽命均比較短。可以采用改性的方法對(duì)于膜進(jìn)行處理，保持原有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)自身的不足。對(duì)質(zhì)子交換膜的改性，主要有三個(gè)方面：復(fù)合共混、嵌段共聚、化學(xué)交聯(lián)。

燃料電池用質(zhì)子交換膜的改性

1、復(fù)合共混

阻礙PEMFC商業(yè)化的因素中較為重要的就是是現(xiàn)有的全氟和非氟PEM的價(jià)格和性能方面都不夠理想。解決問(wèn)題常用的辦法是制成復(fù)合膜，這樣不僅可以改善原有膜的性質(zhì)，還可以節(jié)省材料，降低成本。制成高溫膜和自增濕膜還可以賦予復(fù)合膜特殊功能。

復(fù)合改性是聚合物膜進(jìn)行改性中的常用方法。復(fù)合改性包括有機(jī)-有機(jī)復(fù)合、無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合兩大類(lèi)。有機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性是期望聚合物個(gè)部分發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其他組分不足，復(fù)合之后可以兼具各組分的優(yōu)良特性。無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性是通過(guò)在聚合物中均勻地分散親水的無(wú)機(jī)組分來(lái)增強(qiáng)膜的自增濕性、降低點(diǎn)滲透曳力而保持膜的濕度、增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度等。按照制備方法的不同，無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合膜可以分為以下幾種：共混、穿插、溶膠-凝膠、表面修飾、原位聚合、自組裝等。

2、嵌段共聚

嵌段共聚物是由兩種或兩種以上化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的鏈段通過(guò)共價(jià)鍵相互連接而得到的。常見(jiàn)的嵌段聚合物結(jié)構(gòu)有AB、ABA、ABAB、ABABA、ABC型。通過(guò)改變多嵌段結(jié)構(gòu)中的兩序列長(zhǎng)度，可以很好的控制共聚物膜的形態(tài)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)聚合物膜的性能的目的。

磺化嵌段共聚物由于較好的應(yīng)用前景引起了人們的關(guān)注。由于嵌段共聚物中的親水鏈段可以相互連通，質(zhì)子的傳導(dǎo)中就不再需要更多的水來(lái)產(chǎn)生“逾滲”的結(jié)構(gòu)。因此同相應(yīng)的無(wú)規(guī)共聚物相比，在相同IEC的情況下，嵌段共聚物在低水合的狀態(tài)下會(huì)具有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。同時(shí)低溶脹性非磺化鏈段的存在一方面限制了離子段的溶脹，降低了甲醇的滲透；另一方面又提供了很好的機(jī)械穩(wěn)定性。