非氟磺化芳香聚合物质子传输膜材料的研究进展.pdfVIP

第 期 高 分 子 通 报 12 · · 1 "!!!!!!!!"! ! 杰青论坛 ! "! !!!!!!!!" 非氟磺化芳香聚合物质子传输膜材料的研究进展 刘 佳 ，张所波 # （中国科 学院长春应用化 学研 究所 ，高分子物理与化 学国家重点实验 室，长春 130022 ） 摘要：作者结合自己的研究工作，综述了磺化聚芳醚、聚酰亚胺、聚吡咙、聚苯等非氟芳香聚合物质子传输 膜材料的国内外研究发展现状，系统介绍和讨论了上述材料设计、制备，膜微观形态，以及结构与性质的关系， 指出了制约这类材料性能和发展的因素，并对未来的研究和发展提出了新的设想。 关键词：非氟芳香聚合物；质子传输膜；聚酰亚胺；聚吡咙；聚苯 近年来，质子传输膜燃料电池因其表现出来的诸多优点（能量转换效率高，启动快，噪音小，环境友好 ［］ 1 等）以及在储能，电动汽车，电子设备和军事设施中的潜在应用，而得到了广泛的研究及关注 。质子传 输膜是燃料电池的一个核心部件，主要起着分隔反应液和氧化剂、传导质子和绝缘电子的作用。所以，对 质子传输膜的性能有较高的要求，不仅需要具有高的质子传导率（ - 2 ），而且还需要具备良好的 > 10 S/ cm ［，］ 2 3 机械性能、尺寸稳定性、氧化稳定性、以及低的制备成本 。 全氟磺酸膜，例如Nafion 膜，是目前已商业化应用的质子传输膜材料。Nafion 具有良好的机械性能、 化学稳定性和较高的质子传导率。然而， 的甲醇透过率高、不能在高温条件下使用，并且生产成本 Nafion 高，这些限制了全氟磺酸膜的大规模应用。为解决这些问题，及发展新型的高性能质子传输膜材料，近年 来，越来越多的研究工作侧重于非氟磺化芳香聚合物。与全氟磺化聚合物相比，非氟磺化聚合物有许多 优点：（）合成、制备工艺简单，成本低廉；（）热稳定性高，可在高温条件下使用；（）甲醇渗透率低等。虽 1 2 3 然在长期使用性能等方面，非氟磺化聚合物仍然存在不足，但通过适当的分子设计以及进一步的改性后 可以得到大幅度改善。到目前为止，人们已研究制备出许多新型的非氟磺化芳香聚合物质子传输膜材 料。但由于篇幅所限，本文结合自己的研究工作，主要介绍具有代表性的几类聚合物，包括磺化聚芳醚、 聚酰亚胺、聚吡咙以及聚苯等。 1 磺化聚芳醚体 系 聚芳醚类聚合物，如聚苯醚（ ）、聚硫醚（ ）、聚醚酮（ ）、聚醚醚酮（ ）、聚醚醚酮酮 PPO PPS PEK PEEK （ ）、聚醚砜（ ）等，具有良好的力学性能、热稳定性以及较好的耐水解性和耐氧化性等优点，因 PEEKK PES 此，被认为是有潜在应用前景的质子传输膜材料。也是质子传输膜