【摘 要】
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目前商业中广泛使用以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜作为直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜,Nafion膜化学稳定性好,机械性能高,且在湿度较高的情况下具有较高的质子传导率。但Nafion膜甲醇渗透率高,成本高,这些缺点严重限制了Nafion膜在商业中的推广。磺化聚醚醚酮(SPEEK)不仅具有好的热稳定性和化学稳定性,而且成本低廉。然而SPEEK膜的质子传导率由磺化度决定,高磺化度的SPEE
【机 构】
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华东理工大学膜科学与工程研发中心,上海,200237 华南理工大学环境与能源学院,广州,51000
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目前商业中广泛使用以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜作为直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜,Nafion膜化学稳定性好,机械性能高,且在湿度较高的情况下具有较高的质子传导率。但Nafion膜甲醇渗透率高,成本高,这些缺点严重限制了Nafion膜在商业中的推广。磺化聚醚醚酮(SPEEK)不仅具有好的热稳定性和化学稳定性,而且成本低廉。然而SPEEK膜的质子传导率由磺化度决定,高磺化度的SPEEK膜质子传导率高但甲醇渗透率也高,且机械性能差；低磺化度的SPEEK膜甲醇渗透率低、机械稳定性好但质子传导率低。而磺酸化氧化石墨烯(SGO)不仅具有同氧化石墨烯相似的片层结构、较多的功能基团、极大的比表面积以及高的机械和化学稳定性,而且其磺酸基团能够促进质子传递。但单纯的磺酸化氧化石墨烯纸应用于DMFC,在长时间电池工作中容易被液体燃料所溶解,影响电池的持久性。本文采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)包覆磺酸化氧化石墨烯纸(SGO)的两侧制成SPEEK/SGO/SPEEK三明治结构膜,并将其应用于直接甲醇燃料电池中,期望结合二者的优良性能,制备出甲醇渗透率低,质子传导率高的质子交换膜。测试SPEEK/SGO/SPEEK三明治膜与SPEEK/GO/SPEEK三明治膜、纯SPEEK膜、Nafion膜组装的单电池的极化曲线和能量密度如图1所示,并研究了SPEEK/SGO/SPEEK三明治膜和Nafion(R)112膜为质子交换膜的直接甲醇燃料电池在不同温度下的极化曲线和能量密度如图2所示。研究结果显示SPEEK/SGO/SPEEK在所测试的四种膜中性能最佳,同时SPEEK/SGO/SPEEK三明治膜在不同温度下皆表现出比Nafion膜更好的电化学性能,且其电化学性能随温度升高而提高,证明将SGO与SPEEK结合制备的三明治膜在DMFC应用中具有良好的前景。
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