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高温质子交换膜. 报告人 刘云龙 2012 年 11 月 20 日. Tianjin University. 燃料电池的工作原理. 几类高温质子交换膜. 燃料电池的工作原理. Nafion 质子交换膜分子结构. 质子传递机理. Peckham, T. J.; Holdcroft., S. Adv. Mater. 2010, 22, 4667–4690. LT-PEMFC 缺点. HT-PEMFC 优点. 膜中水不易保留. 高温质子交换膜. 有机 - 无机共混膜. 新型结构的膜. 局 部 高 磺 化 的 膜. 较 长 支 链 的

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Presentation Transcript

  1. 高温质子交换膜 报告人 刘云龙 2012年11月20日 Tianjin University

  2. 燃料电池的工作原理 几类高温质子交换膜

  3. 燃料电池的工作原理 Nafion质子交换膜分子结构

  4. 质子传递机理 Peckham, T. J.; Holdcroft., S. Adv. Mater. 2010, 22, 4667–4690

  5. LT-PEMFC 缺点 HT-PEMFC 优点 膜中水不易保留

  6. 高温质子交换膜 有机-无机共混膜 新型结构的膜 局 部 高 磺 化 的 膜 较 长 支 链 的 膜 嵌 段 共 聚 物 膜

  7. 有机-无机共混膜 Nafion/SiO2 Nafion/TiO2 Nafion/PTFE/Zr(HPO4)2 SPES/BPO4 吸湿性的无机物明显提高了膜的水吸收率，质子导电率 有一定的提高

  8. 局部高磺化的膜 多个磺酸分子引入结构，使亲水单元与疏水 单元极性差异加大，亲水区域易形成团簇结 构，促进微相分离

  9. 局部高磺化的膜 K. Matsumoto, T. Higashihara, M. Ueda Macromolecules, 42 (2009), pp. 1161–1166

  10. 断面TEM图

  11. 嵌段共聚物膜 亲水段与疏水段交替连接，嵌段间易形成微相分离， 自发地形成球状、柱状、层状等纳米结构，可以利用这 些结构来构造质子传递通道

  12. 高磺化的嵌段共聚物膜 疏水嵌段中含有砜、酮吸电子结构，在后磺化 过程中就会选择性地磺化亲水嵌段 亲水段经磺化后具有多个磺酸基团 Bae, B.; Yoda, T.; Miyatake, K.; Uchida, H.; Watanabe, M.Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 317–320.

  13. 含较长支链的膜 疏水性主链与亲水性的支链，更易形成膜 中的相分离结构，促进质子传递

  14. 脂肪族型的侧链稳定性较差，在侧链上引入PPO基团增强了聚合物的稳定性脂肪族型的侧链稳定性较差，在侧链上引入PPO基团增强了聚合物的稳定性 N. Li, C. Wang, S. Y. Lee, C. H. Park, Y. M. Lee and M. D. Guiver, Angew. Chem., Int. Ed., 2011, 50, 9158

  15. 具有两性基团的聚合物膜 咪唑基团具有无水情况下导质子的能力 在苯环的间位分别接有极性的导质子基团 和非极性的烷基链，该结构可以使聚合物通 过自组装形成超分子纳米通道 Chen, Y. B.; Thorn, M.; Christensen, S.; Versek, C.; Poe, A.;Hayward, R. C.; Tuominen, M. T.;Thayumanavan, S. Nature Chem.2010, 2 (6), 503–508.

  16. 分子自组装 烷基链使含两 性咪唑的该高 分子不相容， 使分子实现自 组装

  17. 无水质子导电率

  18. 总结 提高膜局部的磺化度的可增加膜的质子导电率 高磺化度的嵌段共聚物膜易形成更明显的微相 分离，有利于质子的传导 疏水主链与亲水的支链使亲水区域更加连续， 提高膜的导电率 苯环间位分别接有烷基和两性基团，可是聚合 物实现自组装，形成更好的质子传输通道

  19. 谢谢！

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