硫化聚 (?? 烯乙烯基硫) 与聚氧酸离子液用于高性能质子交换膜的分子级改性

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:

• 开发先进的聚合物电解质膜 (PEM) 对高效的能量转换设备至关重要.
• 高质子导电性和机械强度之间的权衡限制了当前PEM的性能.
• 使用无机填充剂的混合化为克服这些局限性提供了一个有希望的策略.

研究的目的:

• 合成一种新型的导质子无机填充剂 (AMV-EMIM TFSI) 用于与硫化聚乙烯基硫 (SPAEKS) 进行杂交.
• 为了提高基于SPAEKS的膜的质子导电性,机械性能和甲醇电阻.
• 评估开发的混合膜对于直接甲醇燃料电池 (DMFC) 应用的适用性.

主要方法:

• 合成聚氧瓦纳酸 (NH4) 7[MnV13O38] (AMV) 和其与1-乙基-3-甲基利米达 bis ((trifluoromethylsulfonyl) imide (EMIM TFSI) 的杂交,以形成AI填充剂.
• 将AI填充剂纳入硫化聚乙烯硫 (SPAEKS) 中,以创建混合膜.
• 膜性质的表征,包括离子交换能力 (IEC),质子导电性,机械强度和甲醇电阻.
• 使用优化的混合膜制造和测试直接甲醇燃料电池 (DMFCs).

主要成果:

• 人工智能填充剂在SPAEKS矩阵内均分散,增强了离子相互作用.
• 优化的SPAEKS-50/AI-5膜在80°C时达到0.188 S·cm-1的高质子导电率和2.38 mmol·g-1.1的IEC.
• 机械强度从35MPa提高到55MPa,破裂时的延伸度从17%增加到45%.
• 混合膜表现出增强的甲醇抗性和在80°C时的DMFC功率密度为15.1mW·cm−2.

结论:

• 用AI填充剂混合SPAEKS有效地解决了导电性-机械强度权衡问题.
• 开发的膜显示出极好的潜力直接甲醇燃料电池应用由于提高性能和甲醇耐受性.
• 进一步的功能化为各种能源存储和转换系统量身定制膜特性提供了途径.