燃料电池质子交换膜的改性

燃料电池用质子交换膜的改性

芳香型非氟PEM材料由于制备工艺简单，成本低廉，热稳定性高等优势受到广泛关注。但这类材料综合性能仍然不能与Nafion®膜抗衡，普遍存在着化学稳定性不好、使用寿命短的问题，因为提高非氟膜的质子电导率，往往以牺牲膜的热力学性能、气密性为代价，加上非氟膜抗氧化性差、易降解，所以电池的寿命均比较短。可以采用改性的方法对于膜进行处理，保持原有的优势，同时弥补自身的不足。对质子交换膜的改性，主要有三个方面：复合共混、嵌段共聚、化学交联。

1、复合共混

阻碍PEMFC商业化的因素中较为重要的就是是现有的全氟和非氟PEM的价格和性能方面都不够理想。解决问题常用的办法是制成复合膜，这样不仅可以改善原有膜的性质，还可以节省材料，降低成本。制成高温膜和自增湿膜还可以赋予复合膜特殊功能。

复合改性是聚合物膜进行改性中的常用方法。复合改性包括有机-有机复合、无机-有机复合两大类。有机-有机复合改性是期望聚合物个部分发挥自己的优势，弥补其他组分不足，复合之后可以兼具各组分的优良特性。无机-有机复合改性是通过在聚合物中均匀地分散亲水的无机组分来增强膜的自增湿性、降低点渗透曳力而保持膜的湿度、增强膜的机械强度等。按照制备方法的不同，无机-有机复合膜可以分为以下几种：共混、穿插、溶胶-凝胶、表面修饰、原位聚合、自组装等。

2、嵌段共聚

嵌段共聚物是由两种或两种以上化学结构不同的链段通过共价键相互连接而得到的。常见的嵌段聚合物结构有AB、ABA、ABAB、ABABA、ABC型。通过改变多嵌段结构中的两序列长度，可以很好的控制共聚物膜的形态，从而达到调节聚合物膜的性能的目的。

磺化嵌段共聚物由于较好的应用前景引起了人们的关注。由于嵌段共聚物中的亲水链段可以相互连通，质子的传导中就不再需要更多的水来产生“逾渗”的结构。因此同相应的无规共聚物相比，在相同IEC的情况下，嵌段共聚物在低水合的状态下会具有更高的质子传导率。同时低溶胀性非磺化链段的存在一方面限制了离子段的溶胀，降低了甲醇的渗透；另一方面又提供了很好的机械稳定性。