热压机：质子交换膜分类
2021.11.04
根据材料的主链组成和官能团不同,可以将均质膜分为五种不同类型:全氟磺酸膜､部分氟化磺酸膜､非氟化磺酸膜､聚苯并咪唑(PBI)/H3PO4膜以及碱性离子膜｡以Nafion为代表的全氟磺酸膜是常用的PEM,并且由于其优异的化学和电化学稳定性以及卓越的质子导电能力,被用作表征质子交换膜性能的基准｡它具有独特的结构,包括四氟乙烯疏水性主骨架和带有亲水端磺酸基团的侧链,前者使其具有一定的物理强度和优秀的化学稳定性,而后者使其在含水时具有理想的质子传导性｡水在膜中的存在状态会影响PEM离子通道形成､尺寸和连接性,从而决定着PEM的质子传导率｡部分氟化磺酸膜主要包括辐射接枝膜和以商用氟聚物为主体的共混膜两种｡目前,在PEMFC中使用的辐射接枝膜通常是使用两步法制备而成:先将苯乙烯或α,β,β-三氟苯乙烯接枝到含氟的惰性高分子膜上,这种惰性高分子膜通常是聚四氟乙烯(PTFE)､聚偏氟乙烯(PVDF)､共聚的四氟乙烯和六氟丙烯(FEP)或交联的乙烯和四氟乙烯(ETFE)等,然后磺化接枝｡共混改性法研究主要集中在共混膜材料的选择及共混膜的制备上,一般选取聚砜(PS)､聚丙烯腈(PAN)､聚偏氟乙烯､醋酸纤维素等高性能高分子材料作为共混制膜材料,近年又开展了对丝素､壳聚糖和甲壳素等医用高分子材料的研究｡聚合物共混或掺杂作为一种有价值的技术也被用于改进氟聚合物的力学､热学､表面和质子传导性能｡但是到目前为止,这种技术制备的部分氟化磺酸膜还没有可实用的报道｡非氟质子膜是PEM的一个重要分支｡这些PEM材料包括聚芳基醚､聚酰亚胺､聚醚酰亚胺､苯乙烯及其衍生物等｡聚芳醚基膜由于其可加工性､优异的热化学稳定性､良好的力学性能和低成本等优点,是有前途的可选PEM材料之一｡磺酸基团是聚芳醚基膜的质子交换位点,比羧酸和膦酸更容易被引入芳香环｡聚酰亚胺基磺酸膜,特别是磺化六元环(萘)聚酰亚胺,由于其优良的化学和热稳定性､较高的机械强度､良好的成膜能力和较低的燃料气体(或液体)渗透能力,被认为是PEM的理想候选｡
