长春工大李慧/王哲教授、吉大杨英威教授 ACS Mater. Lett.:柱芳烃交联策略提升聚芳醚酮砜膜的质子电导率
2024-10-05 来源:高分子科技
质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件,直接影响其工作效率和耐久性。美国杜邦公司生产的Nafion膜生产成本高,对水依赖性强,且含氟会产生环境污染等缺点,限制了其进一步的发展。含有磺酸基团的芳香聚合物因价格低廉、热稳定性高被认为是Nafion的理想替代品之一,然而,高磺化度在提高膜的质子电导率的同时会降低其机械性能。交联改性可以提高膜的机械强度和抗氧化能力,降低燃料渗透并提高质子交换膜的尺寸稳定性,然而,交联聚合物基体的网络结构导致质子交换膜的密度和刚度增加,阻碍质子的迁移并减少其有效传输途径,进而导致质子交换膜的质子电导率降低。因此,探索新型交联剂和交联方法,进而提高质子交换膜的整体性能是当前面临的重要挑战之一。
大环化合物在超分子化学和材料科学领域得到了广泛关注,然而在燃料电池膜领域的探索仍然相对有限。柱芳烃作为典型的大环化合物之一,易于合成和官能化,其独特的刚性空腔结构不仅适合高选择性的客体识别,还可作为离子传输通道。同时,柱芳烃还具有良好的热稳定性。因此,功能柱芳烃衍生物在质子交换膜改性方面拥有巨大的发展潜力。
图1. 柱芳烃增强磺化聚芳醚酮砜交联膜的制备示意图
图2. (a–f)SPAEKS-CL-QP5-X%的SEM截面图,(g)SPAEKS-CL-QP5-15%的EDS,(h–j)交联膜SPAEKS-CL-QP5-7%的数码照片
图3. SPAEKS-CL-QP5-X%的(a–c)水接触角、吸水率和溶胀率,(d–f)机械性能和氧化稳定性
图4. (a–c)质子电导率、活化能曲线、IEC和质子电导率随凝胶含量的变化曲线,(d)本研究与文献已报道的质子电导率–IEC对比
图5. Am-SPAEKS、SPAEKS-CL-M1-35%和SPAEKS-CL-QP5-7%的电池性能
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.4c01980
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