【摘 要】
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离子交换膜是一类重要的特种分离膜,可实现离子的定向与/或选择性传输,在清洁生产与分离、水净化、废液治理、电化学能量转化与存储等领域有着广泛的应用。在电化学能源转换与储存器件(如氯碱工业、水电解制氢、燃料电池发电、液流电池等)中,离子交换膜起到高效定向输运离子和隔离反应物的作用,是提高能量转化与储能效率的关键材料。目前电化学器件用的离子交换膜主要有两类,即传导H+的阳离子交换膜与传导OH-的阴离子交
【出 处】
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第六届海内外中华青年材料科学技术研讨会暨第十五届全国青年材料科学技术研讨会
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离子交换膜是一类重要的特种分离膜,可实现离子的定向与/或选择性传输,在清洁生产与分离、水净化、废液治理、电化学能量转化与存储等领域有着广泛的应用。在电化学能源转换与储存器件(如氯碱工业、水电解制氢、燃料电池发电、液流电池等)中,离子交换膜起到高效定向输运离子和隔离反应物的作用,是提高能量转化与储能效率的关键材料。目前电化学器件用的离子交换膜主要有两类,即传导H+的阳离子交换膜与传导OH-的阴离子交换膜。美国杜邦公司生产的Nation全氟磺酸型质子交换膜是典型的代表,已在氯碱工业、水电解、燃料电池等领域获得应用。虽然此类离子交换膜具有优良的质子传导性能,但其生产成本高导致价格昂贵、可操作温度较低、液体燃料渗透严重限制了电化学器件的性能。本课题组针对电化学器件用离子交换膜的现状,近年来致力于研发高选择性离子交换膜、高温质子交换膜、碱性离子膜等高性能低成本离子交换膜技术与生产工艺,并开发其在燃料电池、水电解器与储能电池中的应用,并取得了系列进展。本课题组以具有耐酸碱性和热稳定性、强的配位能力(含有酮基氧原子和N杂环)的水溶性高分子一聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与具有高的热稳定性和化学稳定性的聚砜类工程塑料(如聚砜、聚醚砜等)共混,制备出性能优异、结构可控的系列高性能复合高温质子交换膜材料。其中聚砜类工程塑料用来提供高温膜的力学性能,PVP提供锚定磷钨酸或者磷酸的位点,膜的力学性能和离子电导率可以通过两者的比例简易的实现调控。并在此基础上,通过多孔PTFE增强、微纳孔道的引入等手段进一步改善复合膜了的综合性能。所制备出的系列高温离子交换膜材料展示出优越的高温离子导电性能和其他综合性能,基于此类高温质子交换膜的燃料电池展示出了优越的电池输出性能。此外,该复合膜材料,原材料价格便宜,制备工艺简单,是一类具有良好的应用前景的高温质子交换膜材料。
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