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基于新型聚苯并咪唑的交联型有机-无机复合耐高温质子交换膜制备技术

    2012年10月25日   【字体 :

成果分类: 功能智能能源超导材料
成果简介:
质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为新一代燃料电池,在汽车动力电源、分布式小型供电站等方面展现了广阔的应用前景,但由于成本、技术及氢燃料来源等方面多种因素的限制,距大规模商业化应用还有一定的距离。,从其成本组成上看,关键材料质子交换膜和Pt系催化剂占了相当比重。目前的全氟磺酸膜主要为美国DuPont公司的Nafion膜、我国每年都在花费大笔资金进口全氟膜用于燃料电池的生产及研究。此外,这类材料难以满足高温应用,即使能够实现国产化量产并在一定程度上降低成本,但也仅是降低膜自身成本,很难对PEMFC的商业化产生根本性的影响。其原因是,由于全氟磺酸膜使用温度偏低(80℃左右),决定了电池工作温度较低。因此,现有PEMFC系统多需配备复杂的水、热管理系统,使系统异常复杂,此外,由于所排出的废热温度低,利用价值很低,造成严重能量浪费。
如采用新型高温膜,不仅可降低膜本身成本,还可带来其它一系列的成本下降。1)可大大简化电源的水、热管理系统,减少系统结构组件成本;2)可增加催化剂的CO耐受力,拓宽了燃料氢气的选择范围,使得现有的工业氢气大部分能够用直接于PEMFC,降低了电池的运行成本;3)温度的提高,使燃料电池催化剂动力学活性大幅提高,可降低催化剂用量,降低催化剂成本,甚至可促进无铂催化剂在PEMFC中的实现。
针对当前质子交换膜燃料电池(PEMFC)关键材料全氟膜使用温度低,价格昂贵的问题,本研究以开发新型聚苯并咪唑PBI材料为目标,通过在PBI分子中引入支化结构或极性侧基,提高PBI材料的溶解加工性能。通过在聚合物分子中引入可交联活性基团,与反应性无机组分反应得到具有交联结构的有机无机杂化复合膜,显著提高了膜的磷酸掺杂量,制备的复合膜材料可望应用于高温(150-180℃)PEMFC,该成果对于我国PEMFC的实用化、商业化具有战略性意义。
联系方式:
尚玉明 ymshang@mail.tsinghua.edu.cn


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