通过主链和分子网络工程策略构建的硫化聚胺膜,用于直接甲醇燃料电池
Hang Fan1, Tiantian Xie1, Yang Pang1
1National and Local Joint Engineering Laboratory for Synthesis Technology of High Performance Polymer, Key Laboratory of High Performance Plastics, Ministry of Education, College of Chemistry, Jilin University, Qianjin Street 2699, Changchun, 130012, P. R. China.
Macromolecular rapid communications
|November 24, 2023
概括
为直接甲醇燃料电池 (DMFCs) 开发了新的硫化聚化物,其甲醇抵抗性得到改善,胀率低. 这些材料具有高质子导电性,使它们对提高燃料电池性能充满希望.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 聚合物化学 聚合物化学
背景情况:
- 质子交换膜 (PEM) 的过度膨胀限制了甲醇工作度,并增加了直接甲醇燃料电池 (DMFC) 中的燃料透性.
- 高硫化聚胺 (SPI) 是有前途的PEM候选物,但患有胀问题.
- 工程分子结构对于提高燃料电池应用的SPI特性至关重要.
研究的目的:
- 开发具有减少胀和改善甲醇耐药性的新型交联硫聚胺 (CSPI).
- 调查主链和分子网络工程对SPI属性的影响.
- 评估CSPI作为DMFC中的质子交换膜的性能.
主要方法:
- 合成了两种新的m-phenylenediamine单体与四甲醇组.
- 使用这些单体制备了两系列交联硫聚胺 (CSPI-Ts和CSPI-Bs).
- 描述了物理化学特性,包括膨胀率,甲醇透性和质子导电性.
- 使用选定的CSPI膜组装和测试直接甲醇燃料电池 (DMFC).
主要成果:
- 合成的CSPI-Ts和CSPI-Bs在80°C时表现出明显降低的膨胀比率 (9.616.1%) 和低的甲醇透率 (4.147.69 × 10−7 cm2 s−1) .
- 这些膜显示出高质子导电性 (121158 S cm−1).
- 使用CSPI-T-10的DMFC在2M甲醇中实现了82.3mWcm−2的高最大功率密度,并在10M甲醇中保持了88%的性能.
结论:
- 主链的结合性刚性和疏水性交叉连接网络有效地抑制了SPI的胀并增强了其对甲醇的抵抗力.
- CSPI-T-10表现出卓越的性能和稳定性,将其定位为DMFC中PEM的强有力的候选者.
- 开发的材料解决了传统的SPI的关键局限性,以实现高效和实用的燃料电池运行.
