燃料电池用质子交换膜的发展方向
我国质子交换膜燃料电池发展情况
我国质子交换膜燃料电池发展情况我国质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，具有广阔的应用前景。
本文将从历史发展、技术特点、应用现状等方面介绍我国质子交换膜燃料电池的发展情况。
一、历史发展质子交换膜燃料电池源于20世纪60年代的研究，随着对清洁能源的需求日益增加，我国在上世纪90年代开始了质子交换膜燃料电池的研究工作。
通过引进国外技术和自主创新，我国在质子交换膜燃料电池领域取得了长足的进展。
二、技术特点1. 高效能：质子交换膜燃料电池具有高效能的特点，能够将氢气和氧气直接转化为电能，转化效率可高达60%以上，远高于传统燃烧发电的效率。
2. 清洁环保：质子交换膜燃料电池的排放物只有水，不产生任何有害气体和颗粒物，对环境污染非常小。
3. 快速启动：质子交换膜燃料电池具有快速启动的特点，启动时间仅需几秒钟，适用于应急电源等领域。
4. 低噪音：质子交换膜燃料电池的工作过程非常安静，噪音水平远低于传统燃烧发电设备。
三、应用现状1. 交通运输领域：我国将质子交换膜燃料电池作为新能源汽车的重要发展方向，大力推广燃料电池汽车。
目前，我国已经建成多个燃料电池汽车充电站，并投入使用一批燃料电池公交车。
2. 电力供应领域：质子交换膜燃料电池可以作为电力供应的备用电源或峰值调峰电源，可以提供可靠的电力支持。
目前，我国已经建成多个质子交换膜燃料电池电站，并投入运营。
3. 无人机领域：质子交换膜燃料电池具有轻巧、高能量密度的特点，适用于无人机等载荷要求高的领域。
我国已经成功应用质子交换膜燃料电池技术在无人机上，提供长时间、高效能的动力支持。
4. 科研领域：质子交换膜燃料电池在科研领域也得到了广泛应用，用于供电实验设备、传感器等。
其高效能、清洁环保的特点使其成为科研实验的理想能源选择。
四、发展前景我国质子交换膜燃料电池的发展前景非常广阔。
质子交换膜燃料电池的研究与应用
质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种基于氢能源的新兴技术，广泛应用于能源领域。
本文将分析质子交换膜燃料电池的原理、应用、优缺点及发展前景。
一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢气和氧气转化为电能的设备，其基本原理是将氢气和空气（氧气）分别输送至质子交换膜两侧，并在质子交换膜上发生氧化还原反应，电子通过外部电路流动，氢气通过催化剂氧化还原发生水、热、电能转化的同时，当质子交换膜充满水分子时，则亦成为一种直接利用水中质子的电池，因其效率高，无污染，所以广受青睐。
二、质子交换膜燃料电池的应用质子交换膜燃料电池是一种非常高效且环保的能源转换方式，受到了广泛的应用。
它广泛应用于交通、家庭、商业和军事等领域，包括汽车、发电机、无人机、军事设备等。
在交通领域，质子交换膜燃料电池可以用作汽车或公共交通工具的动力源，它的高效性、清洁性、安全性和可靠性，使它成为未来替代石油燃料汽车最有潜力的选择之一。
特别是在开发氢气加氢站方面，各国政府积极推进相关基础设施建设，以加速质子交换膜燃料电池汽车的普及。
在家庭和商业领域，质子交换膜燃料电池可以用于灯具、空调和热水器等的供电，这些设备与传统燃料电池相比，能更好地控制产生的热量和电量，因此更加安全和高效。
在军事领域，质子交换膜燃料电池则广泛应用于军事船只、潜艇、机器人、航空器等方面，而其快速、高效、安全、稳定的特点则让其成为军方的首选动力源。
三、质子交换膜燃料电池的优缺点质子交换膜燃料电池具有以下优点：1、高效节能：质子交换膜燃料电池的效率是燃油发动机的两倍，能够更加高效利用能源。
2、清洁环保：质子交换膜燃料电池不产生污染物和温室气体，完全符合环保准则。
3、高度可靠：质子交换膜燃料电池在运行时基本不需要维护，具备较强的可靠性。
4、模块化、便携：质子交换膜燃料电池的模块化设计，使得它可以轻易地安装在各种设备中，具有良好的可携性。
2023年质子交换膜燃料电池行业市场前景分析
2023年质子交换膜燃料电池行业市场前景分析随着全球对环保和可持续发展的日益关注，质子交换膜燃料电池技术应运而生。
质子交换膜燃料电池具有高效能、低污染、零排放的特点，被誉为“新一代清洁能源车辆动力系统的核心技术”。
本文将对质子交换膜燃料电池行业的市场前景进行分析。
一、质子交换膜燃料电池市场现状分析1、全球市场规模不断扩大随着全球对环保的日益关注，质子交换膜燃料电池逐渐成为重要的发展方向。
根据International Energy Agency (IEA) 的报告，未来十年，全球燃料电池系统预计将达到400万台，而且将以每年30%的增长率增加。
2、国内市场表现优异与此同时，国内质子交换膜燃料电池市场也表现优异。
中国政府大力扶持氢能产业发展，为该行业的发展提供了有力的政策支持。
同时国内汽车行业的快速发展也为质子交换膜燃料电池的市场提供了广阔的空间。
二、质子交换膜燃料电池市场前景分析1、政策支持为行业发展提供动力随着全球对环保的重视，各国政府为促进燃料电池技术的发展提供了政策支持。
例如，美国政府为燃料电池研究和开发投入了大量资金，欧盟政府也加大了财政扶持力度。
国内政府也出台了一系列扶持政策，如《新能源汽车产业发展规划》等，为质子交换膜燃料电池的市场发展提供了保障。
2、市场空间广阔质子交换膜燃料电池的市场空间非常广阔。
未来几年，汽车、工业、家庭等多个领域都有望大力推进质子交换膜燃料电池的应用。
比如，汽车制造商已经开始扩大质子交换膜燃料电池汽车的产量，以应对未来市场的需求。
同时，其他领域的需求也表明质子交换膜燃料电池的市场空间非常广阔。
3、技术提升将推动市场进一步发展质子交换膜燃料电池具有长期的技术研发过程，未来技术的持续提升将毫无疑问地推动行业的进一步发展。
比如，在膜材料的研究和改进方面，一些膜材料已经开始运用生物技术以减少其他膜材料的缺点。
相信未来在技术研发的不断推进，质子交换膜燃料电池在环保和可持续发展领域的市场地位会更加突出。
质子交换膜燃料电池的研究进展与应用展望
质子交换膜燃料电池的研究进展与应用展望随着全球能源需求的增长和环境污染问题的严重化，燃料电池作为一种高效、环保的新能源技术备受关注。
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）是目前最为成熟的燃料电池技术，具有高能量转换效率、零排放等显著优点，在交通、能源、环保等领域的应用潜力巨大。
本文将介绍质子交换膜燃料电池的基本原理和构造、技术优势和发展历程、研究现状和未来展望等方面的内容。
一、质子交换膜燃料电池的基本原理和构造质子交换膜燃料电池是一种利用氢气与氧气反应产生电能的装置。
其基本原理是将氢气和氧气分别通入两个电极中，通过催化剂催化分离氢离子和电子，电子通过外部电路，从而产生电能，氢离子则通过质子交换膜（PEM）跨越阴阳极之间的间隙，在阳极侧与氧气发生电化学反应，最终生成水和电能。
质子交换膜是燃料电池的核心部件，它起到隔离电极、传导质子、限制气体透过和防止电子漏出等多种功能。
质子交换膜燃料电池的主要构造包括阳极、阴极、质子交换膜及双极板等。
阳极和阴极以及质子交换膜之间依次叠加组成电池的三明治式结构，各自承担传输电子、传输氢离子和隔离电子、气体的功能。
除此之外，双极板还在其两侧分别起到密封、导流、散热和电极反应催化剂支撑等作用。
二、技术优势和发展历程质子交换膜燃料电池相对于传统化石能源具有显著的技术优势。
首先，它具有高效能量转化率，其能量转换效率可达60%以上，在实际应用中能够显著降低能源成本和环境污染程度。
其次，质子交换膜燃料电池的反应产物只有水和热，因此没有任何污染物排放，对环境影响非常小。
再次，质子交换膜燃料电池的启动速度快、体积小、重量轻、噪声低，能够适用于不同的应用场合。
质子交换膜燃料电池的发展历程可以追溯到20世纪60年代初期。
当时，该技术在军事方面得到了广泛应用，被应用于宇航局的航天器和潜艇。
近年来，随着全球新能源技术的蓬勃发展，质子交换膜燃料电池也被广泛应用于交通、能源、环保等领域，成为燃料电池技术发展的主流。
质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景
质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景质子交换膜燃料电池是一种无污染、高效能源的新型技术。
它具有高效率、低污染、轻量化、安全等多种优点，被誉为新能源领域的“明日之星”。
未来几年，随着技术的进一步成熟和市场需求的日益增长，质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景无限。
一、质子交换膜燃料电池的基本原理质子交换膜燃料电池是由“阳极、阴极、电解质和质子交换膜”四个部分构成。
其基本工作原理是将燃料和氧气送入阳极和阴极中。
这两种气体通过反应生成电荷和水，利用连通的电导质来传导电子，产生电流和电能。
在这个过程中，质子交换膜起到了重要的作用，它能够防止负离子通过，只允许氢离子通过，维持阳极和阴极之间的合适离子浓度。
这样，就可以防止反应的中断和浓度极化的问题，提高了反应效率和能量转换效率。
二、质子交换膜燃料电池的优点1、高能效。
质子交换膜燃料电池的能量转换效率可达到60%，远高于传统发电方式的35%~40%，并且在低功率时效率更高。
2、零排放。
质子交换膜燃料电池能够将燃料和氧气转化成电能，所产生的唯一废物为水，不会产生环境污染。
3、轻量化。
质子交换膜燃料电池较其他电池更轻巧，且结构简单，用户操作和维护方便。
4、可靠性高。
质子交换膜燃料电池没有活动部件、振动和腐蚀的问题，寿命长，运行稳定性好，不需多次维护。
三、质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景1、汽车领域。
质子交换膜燃料电池被广泛应用于汽车领域，可以替代传统内燃机，实现燃料的清洁转换。
目前，已经有许多汽车厂商推出了质子交换膜燃料电池汽车，并计划将其大规模商业化生产。
2、储能领域。
质子交换膜燃料电池不仅可以将化学能转化为电能供电，还可以逆向反应，将电能转化为化学能进行储能。
这使得质子交换膜燃料电池成为未来储能领域的热门选择。
3、航空航天领域。
质子交换膜燃料电池具有发电效率高、噪音小、轻量化等特点，可以在无人机、航天器等领域广泛应用，提高效率、降低重量、提高稳定性。
质子交换膜发展趋势
质子交换膜（PEM）是一种高效的水电解分离技术，在电化学水处理、燃料电池、氢气制取和储存等领域有着广泛应用。
目前，质子交换膜的研究和发展趋势主要有以下几个方面：
1.材料改进: 质子交换膜材料的研究和改进是目前的热点，主要包括高效率、高稳定
性、低成本等方面。
2.结构设计: 结构设计是质子交换膜性能的关键因素之一，目前的研究主要集中在膜
结构的优化、膜层厚度的调整、膜表面等级化等方面。
3.反应机理: 质子交换膜反应机理的研究是质子交换膜性能提高的基础，目前主要集
中在质子传导机理、膜电化学特性等方面。
4.应用领域: 质子交换膜的应用领域正在不断扩大，如氢能源、生物反应器、污水处
理等。
5.高温应用: 质子交换膜在高温条件下的应用是最近的研究热点之一，在高温条件下，
质子交换膜的性能会有提升，如提高电催化水电解的效率。
6.复合材料: 质子交换膜复合材料是最近发展的一个热点，复合材料可以提高质子交
换膜的性能，如提高电导率、阻燃性能等。
7.可持续性: 质子交换膜可持续性是最近发展的一个热点，可持续性包括环境友好、
低能耗、可回收等方面，以保证质子交换膜在未来可持续发展
8.质子交换膜燃料电池研究: 质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一，研究的方
向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。
9.质子交换膜在氢气存储上的应用研究: 质子交换膜在氢气存储上的应用是目前研究
的热点之一，研究的方向包括提高氢气存储密度、提高氢气存储安全性、降低氢气存储成本等。
总的来说，质子交换膜研究和发展趋势主要集中在提高性能、降低成本、提高可持续性、扩大应用领域。
2023年质子交换膜燃料电池行业市场分析现状
2023年质子交换膜燃料电池行业市场分析现状质子交换膜燃料电池行业是一种新兴的清洁能源技术，被广泛认为是未来替代传统能源的关键技术之一。
目前，质子交换膜燃料电池行业正处于快速发展阶段，市场潜力巨大。
本文将对质子交换膜燃料电池行业的市场现状进行分析。
首先，质子交换膜燃料电池具有高能效、低污染、可再生等优点，因此在能源领域具有广阔的市场应用前景。
目前，质子交换膜燃料电池主要应用于汽车、家用电器、航空航天等领域。
特别是在汽车领域，质子交换膜燃料电池被认为是替代传统燃油汽车的理想选择，因为它具有零排放、长续航里程等优势，可以有效解决传统燃油汽车的环境污染和能源危机问题。
其次，质子交换膜燃料电池行业的市场规模正逐渐扩大。
根据国内外市场调查数据显示，目前全球范围内质子交换膜燃料电池行业的年销售额已经超过了数十亿美元，而且预计在未来几年将持续增长。
特别是在中国市场，质子交换膜燃料电池行业正处于快速发展的阶段，政府对该行业的支持力度也在逐渐增加。
据预测，未来几年中国质子交换膜燃料电池行业的市场规模将达到上百亿元人民币。
再次，质子交换膜燃料电池的技术进展也在不断提升。
随着材料科学和电化学技术的不断发展，质子交换膜燃料电池的性能逐渐得到提高，成本逐渐降低。
目前，质子交换膜燃料电池的功率密度已经达到了数百瓦/平方厘米，效率也在逐步提高。
未来，随着技术的进一步成熟和成本的进一步降低，质子交换膜燃料电池行业的市场前景将更加广阔。
最后，质子交换膜燃料电池行业面临一些挑战。
首先，目前质子交换膜的制备成本较高，成本控制是行业发展的关键。
其次，质子交换膜的稳定性和耐久性仍然存在一定问题，需要进一步进行研究和改进。
此外，质子交换膜燃料电池的氢气供应和储存也是一个难题，需要进一步解决。
综上所述，质子交换膜燃料电池行业具有广阔的市场前景，市场规模逐渐扩大，技术也在不断进步。
然而，行业发展仍然面临一些挑战，需要政府和企业共同努力，加大研发力度，推动质子交换膜燃料电池行业的快速发展。
质子交换膜燃料电池产业及技术发展报告
质子交换膜燃料电池产业及技术发展报告全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：质子交换膜燃料电池是一种新型清洁能源技术，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。
近年来，随着环保意识的增强和能源危机的日益严重，质子交换膜燃料电池产业及技术发展备受关注。
本文将就该行业的现状及未来发展进行分析和展望。
一、质子交换膜燃料电池产业现状2. 技术水平不断提高：随着科技进步和工程实践的不断深化，质子交换膜燃料电池的技术水平也得到了极大的提升。
如今，质子交换膜燃料电池的效率和稳定性明显提高，已经可以满足各种应用场景的需求。
3. 产业链不断完善：质子交换膜燃料电池产业链包括质子交换膜、催化剂、电极等多个环节。
随着产业链的不断完善，相关产品的质量和性能也得到了提升，为整个产业的发展奠定了良好的基础。
1. 智能化和自动化：随着人工智能和自动化技术的快速发展，质子交换膜燃料电池技术也将向智能化和自动化方向发展。
未来，质子交换膜燃料电池将更加智能化，能够实现更加精准的能源管理和控制。
1. 成本问题：目前，质子交换膜燃料电池的成本仍然较高，限制了其在大规模应用中的发展。
未来，如何降低成本、提高效率将是该行业面临的重要挑战。
2. 市场竞争：质子交换膜燃料电池市场竞争激烈，需要不断提升产品质量和技术水平，以在激烈的市场竞争中立于不败之地。
3. 政策支持：政府在能源政策中对质子交换膜燃料电池的支持程度也将影响其未来发展。
各国政府应通过政策引导，加大对清洁能源技术的支持力度，推动质子交换膜燃料电池产业的快速发展。
质子交换膜燃料电池产业正处于快速发展阶段，面临着巨大的机遇和挑战。
只有通过技术创新、产业协同和政策支持，才能推动质子交换膜燃料电池产业迈向更加辉煌的明天。
相信在不远的将来，质子交换膜燃料电池将成为清洁能源领域的重要力量，为人类创造更加美好的生活环境。
第二篇示例：质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一种新型清洁能源技术，被广泛应用于汽车、船舶、无人机等领域。
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5 nm ,胶束之间的通道直径约 1 nm ,见图 2. 这样在 氟碳主链形成的疏水相内分布着连续的胶束网络 , 它是质子传递的通道.
CF3 x = 5～13 , y = 0～1 , z = 1 , n = 2
图 1 Nafion 膜的分子结构
图 2 Nafion 膜的胶束结构 Fig. 2 Micelle structure of Nafion membrane
0. 09 S/ cm (室温 ) , 在高温情况下 (100 ℃) ,由于水
的蒸发 , 使 Nafion 膜的含水量下降导致电导率降 低. 磺化聚醚醚酮 ( S - PEE K) 在含水量较低时 ,由 于其酸性较弱 ,大部分 H + 局限于磺酸基团附近 ,不 能形成 H3O + ,所以其电导率大大降低[3 ] . 对于主链 完全憎水的质子交换膜 ,如果 EW 值相同 ,其含水 量应该相差不大. 3. 2 膜结构的影响
— - SO3 - ; —H + 或 H3O + ; ○—H2O 图 3 Nafion 膜的相分离结构
Fig. 3 Phase separation structure of Nafion membrane
3. 3 酸度的影响
质子交换膜中磺酸基团含量的高低 ,并不能完
全反映质子交换膜的 电 导 率 的 高 低 , 如 S - PES
4 质子交换膜的发展方向
4. 1 Naf ion 膜的修饰与改性 4. 1. 1 提高 Nafion 膜的高温电导率
由于象磷钨酸 、硅钨酸 ( STA) 、磷钼酸 、磷锡酸 等杂多酸具有质子传导能力[6 ,7 ] , 并且沸点高 ( > 100 ℃) . Savadogo 等[8 ] 以 STA 改性 Nafion 膜制得 了一系列复合膜 ,虽然此复合膜的电导率比 Nafion 膜要 高 , 可 达 0. 2 S/ cm , 并 在 PEM FC 上 使 用 (110～115 ℃) 取得了较好的实验结果 ,但是 ,如果 长时间运行 ,由于杂多酸溶于水 ,从而会从膜中迁移 出来 ,导致性能下降.
电池 用对醇水分离效果比较好的聚乙烯醇 ( PVA) 膜与 Nafion 膜复合 ,由于这种膜对水的选择性优于 醇 ,故可明显降低甲醇渗透性[12 ] ,但膜的力学强度 下降 ,电导率降低 ,有人采用戊二醛交联和后磺化来 改善[13 ] . 用 Cs + 替代 Nafion 膜中的部分 H + ,对其进行 修饰 ,由于 Cs + 弱的亲水性 ,减少了膜的吸水量 ,从 而也可降低甲醇渗透率 ,但导电性有一定程度的下 降[14 ] . 采用 等 离 子 蚀 刻 和 溅 射 钯 对 膜 表 面 进 行 修
由于 SiO2 好的保水能力 , Mauritz[9 ,10 ] 采用溶 胶 - 凝胶工艺把纳米 SiO2 氧化物分散在 Nafion 膜 中制得了复合膜 ,由于颗粒尺寸小 ,比表面大 ,保水 能力大大提高 ,并且无机纳米粒子增加了膜的醇水 分离功能 , 因此这种纳米复合膜可用在温度高于 100 ℃的 DMFC 上. 这种复合膜的制备工艺还需进 一步完善 ,关键是提高无机氧化物在全氟磺酸膜中 的含量以及分散性 ,并且不至于使复合膜的力学强 度下降.
由于氟原子具有强烈地吸电子的作用 , 使得 —SO3 H 上的 H + 在水中完全解离形成 H3O + ,增加 了 Nafion 膜的 酸 性 , 这 样 在 球 形 胶 束 内 部 , 每 个 —SO3 - 周围都含有一个 H3O + 和几个水分子 ,首先 阳极发生电化学反应形成 H + 和电子 ,电子由外电 路输送到阴极 ,与 O2 和催化剂周围的 —SO3 H 离解 出的 H + 反应生成水 ,与此同时 , H+ 离去后 , —SO3 在静电吸引和电势差的驱动下 ,邻近的 —SO3 H 根 上的 H + 就跳跃到此 —SO3 - 上 ,以此类推 , H + 就在 连续的胶束网络内形成传递. 可以说 ,胶束的网络结 构的存在 ,是形成 H + 传递的必要条件 ,因为只有这
第 5 期
沈春晖等 : 燃料电池用质子交换膜的发展方向
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样 , —SO3 H 基团之间的距离才比较近 ,利于 H + 的 跳跃传递. 在 H + 迁移的同时 ,也会有大量水分子的 迁移 ,如果以甲醇作为燃料 ,甲醇分子也会出现渗 透.3 影响质子交换膜质子导率的因素3. 1 含水量
束与胶束之间难形成网络结构 ,不利于 H + 的传递 ,
相同 EW 值的 S - PEE K 膜的电导率比 Nafion 膜 低. Kreuer[4 ] 认为憎水与亲水区域需有明显的相分 离 ,并且亲水区域能连通 ,相互连通的亲水区域为质
子与水的运输提供通道 ,如图 3 所示 ,这样绝大多数
CH3
以欲得到与全氟磺酸膜相当的电导率 ,必须提高磺
酸含量 , 也即需更大的 IEC 值. 另外 , 苯环上悬挂
CH3
SO3 Na
_ O θ C θ O θ SO2 θ ) n
CH3
SO3 Na
图 5 磺酸基团在苯环惰性位的 S - PES 结构图
Fig. 5 Structure of S - PES of sulfoacid on p henyl inertia
© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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膜 科 学 与 技 术
第 24 卷
—SO3 H ,大多是通过 H2 SO4 ,ClSO3 H ,SO3 磺化制备 的 ,此 反 应 是 一 个 可 逆 反 应 , 在 有 水 的 存 在 下 , —SO3 H从苯环上脱离 ,质子电导率下降. 所以 ,侧链 应选择烷基磺酸 ,特别是含氟烷基磺酸.
弱酸更加减弱 (p Ka≈2. 3 左右) ,相应电导率也较
低. 而采用单体的直接缩合聚合可得到磺酸基团悬
挂在惰性位上[5 ] ,如图 5 所示. 由于砜基团的拉电子
效应 ,使图 5 比图 4 的酸性有所增加 ,从而提高了膜
的质子电导率 (0. 08 S/ cm ,离子交换当量 IEC 1172
mmol/ g) . 但其磺酸基团的酸性还不如全氟磺酸 ,所
欲使质子交换膜在有水的存在的条件下形成胶
束网 络 结 构 , 高 分 子 链 的 主 链 必 须 憎 水 , 带 有
—SO3 H 基团的支链必须有一定的长度 ,这样便于 —SO3 H 之间的聚集形成胶束 ,如 Nafion 膜. 许多在 苯环上直接悬挂 —SO3 H 基团的质子交换膜较难形 成胶束 ,即使形成了少量胶束 (如 S - PEE K) ,但胶
Fig. 1 Molecule structure of Nafion membrane
2 Nafion 膜的质子传递过程
它是一种不交联的高分子聚合物 ,可用热塑性 塑料加工工艺成膜 ,但其合成工艺比较复杂 ,使得此 膜的价格偏高 ,影响了质子交换膜燃料电池的商业 化进程.
关于其微观结构 ,较普遍接受的是胶束网络结 构模型 ,该分子一端含有强烈疏水的非极性全氟长 链 ,另一端含有强烈亲水的悬挂在氟碳链上的全氟 烷基醚磺酸基团. 所以该分子相当于一个固体高分 子阴离子表面活性剂 ,从而在有水存在的情况下 ,它 可形成胶束结构 ,由于磺酸基团含量较低 ,所以胶束 较少呈球形 ,约有 50～150 个磺酸基团组成的每个 球形胶束直径大约为 4 ～ 6 nm ,胶束间距一般为
沈春晖1 潘 牧1 王明宏2 袁润章1
(1. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室 , 武汉 430070 ; 2. 湖北省投资公司 , 武汉 430071)
摘 要 : 从 Nafion 膜的结构与性能的关系出发 ,主要分析了含水量 、分子结构以及膜的微观结 构和酸度对质子电导率的影响 ,指出了 Nafion 膜待克服的问题如高温电导率低 ,甲醇渗透性 大 ,提出了质子交换膜以后的发展方向 ,包括 Nafion 膜的修饰与改性 ,含氟高分子作为主链接 枝带有磺酸的支链 ,有机聚硅氧烷主链接枝烷基磺酸质子交换膜. 关键词 : Nafion 膜 ; 质子交换膜 ; 膜结构 ; 质子电导率 中图分类号 : TM911. 4 文献标识码 : A
收稿日期 : 2003 - 04 - 04 ; 修改稿收到日期 : 2003 - 08 - 20
作者简介 : 沈春晖 (1970 - ) , 男 , 湖北仙桃人 , 在读博士生 , 讲师 , 从事高分子材料及复合材料的研究.
© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 24 卷 第 5 期 2004 年 10 月
膜 科 学 与 技 术 M EMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY
文章编号 :1007 - 8924 (2004) 05 - 0058 - 05
燃料电池用质子交换膜的发展方向
Vo1. 24 No. 5 Oct . 2004
由于大多数质子交换膜都是以 —SO3 H 基团作 为质子传递单元的 ,所以其质子传递必须有水存在 ,
一方面水的存在是形成胶束网络结构的基础 ,另一 方面 , 在 有 水 存 在 的 条 件 下 , —SO3 H 上 的 H + 与 H2O 形成 H3O + ,从而削弱了 —SO3 - 与 H + 间的引 力 ,有利于 H + 的移动 ,含水量一般以每个 —SO3 H 基团所含的 H2O 分子的个数 n 来描述 ,在膜的含水 量较大时 ,质子的迁移系数高于水的迁移系数 ,其电 导率也较高[2 ] ,比如 Nafion 膜 (离子交换当量的倒 数等效质量 EW = 1 100) ,其 n = 11～13 ,电导率约