燃料电池用质子交换膜简介
质子交换膜燃料电池原理及其应用
质子交换膜燃料电池原理及其应用一、质子交换膜燃料电池原理1.氢气通道：氢气从阴极（负极）流入燃料电池，经过质子交换膜进入阳极（正极）。
2.氧气通道：氧气从阳极的气体通道进入阳极，与氢气发生反应生成水。
3.电子通道：质子交换膜只能允许质子通过，而不能传导电子。
因此，氢气中的电子通过外部电路流入阳极，与氧气发生氧化还原反应，产生电流。
4.燃料供应：燃料电池中常用的燃料是氢气，可以通过电解水或者化石燃料简化系统的供氢方式。
1.高效性：质子交换膜燃料电池具有高效率的能量转化能力，可以将氢气直接转化为电能，能量利用效率高达40%-60%。
2.清洁性：质子交换膜燃料电池的反应产物只有水，不产生任何污染物。
3.快速启动：质子交换膜燃料电池可以在数秒内达到额定功率输出，启动快速。
二、质子交换膜燃料电池的应用1.交通运输：质子交换膜燃料电池可以广泛应用于电动汽车、卡车和公交车等交通工具。
与传统的燃料发动机相比，燃料电池具有更高的能源转化效率和更少的环境污染。
2.能源储备：质子交换膜燃料电池可以作为能源储备设备应用于微型电网、家庭能源系统和太阳能/风能电力系统。
通过将电能转化为氢气存储，可以实现能源的高效利用和持续供应。
3.便携式设备：质子交换膜燃料电池可以应用于便携式设备，如手机、笔记本电脑和摄像机等。
相比于传统的锂电池，燃料电池具有更长的续航时间和更短的充电时间，可以满足现代社会对便携式设备的高能量需求。
4.航空航天：质子交换膜燃料电池也在航空航天领域得到了广泛应用。
由于航空航天领域对能源密度和轻量化的要求较高，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转化设备，为航空航天提供了理想的能源解决方案。
总结：质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的能源转换设备，其工作原理是通过催化剂将氢气氧化为水并产生电能。
质子交换膜燃料电池具有高效性、清洁性和快速启动等特点。
其应用领域包括交通运输、能源储备、便携式设备和航空航天等。
随着清洁能源的需求不断增加，质子交换膜燃料电池有着广阔的发展前景。
质子交换膜燃料电池机理模型
质子交换膜燃料电池机理模型哎呀，说到质子交换膜燃料电池（PEMFC），这玩意儿可真是个技术活儿。
咱们今天就来聊聊这个听起来高大上，实际上跟咱们生活息息相关的玩意儿。
首先，得说说这玩意儿是干嘛的。
简单来说，质子交换膜燃料电池就是一种能把氢气和氧气转换成电能的装置。
你可能会问，这跟咱们有啥关系？嘿，这关系可大了去了。
你想啊，如果这玩意儿能大规模应用，那咱们的汽车就不用烧油了，直接用氢气，既环保又节能，多好！好了，咱们来聊聊这玩意儿的机理模型。
首先，你得知道，质子交换膜燃料电池主要由三部分组成：阳极（氢气入口）、阴极（氧气入口）和中间的质子交换膜。
这膜可不是一般的膜，它得能导电，还得能阻止氢气和氧气直接接触，不然它们俩一见面就“嘭”的一声，那可就麻烦了。
咱们先从阳极说起。
氢气从阳极进入，然后在催化剂的作用下，氢分子被拆分成两个质子和两个电子。
这电子呢，就被送到电路里去，产生电流。
而质子，就得穿过那层神奇的质子交换膜，跑到阴极去。
说到这质子交换膜，它得既透气又防水，这样才能让质子顺利通过，同时不让电子和气体乱跑。
这可是个技术活儿，得用特殊的材料和工艺才能做到。
然后，咱们再来看看阴极。
氧气从阴极进入，和从阳极过来的质子结合，再吸收电子，形成水。
这水就是这整个反应的副产品，既环保又无害。
整个过程中，质子交换膜燃料电池的机理模型就像是一个精密的机器，每个部分都得精确配合，才能保证电能的高效转换。
这玩意儿虽然听起来复杂，但其实就跟咱们平时用的电池差不多，只不过它用的是氢气和氧气，而不是化学电池里的化学物质。
最后，咱们得说说这玩意儿的未来。
随着技术的发展，质子交换膜燃料电池的成本正在逐渐降低，效率也在提高。
说不定哪天，你就能开上一辆用氢气驱动的汽车，既不用担心油价上涨，也不用担心环境污染。
好了，关于质子交换膜燃料电池的机理模型，咱们就聊到这儿。
这玩意儿虽然复杂，但想想它能给咱们带来的好处，还是挺让人期待的，不是吗？。
质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
两电极的反应分别为：阳极(负极)：2H2-4e=4H+阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O注意所有的电子e都省略了负号上标。
由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。
当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。
以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。
也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。
接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。
将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。
将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆，如附图所示。
叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
电堆的核心是MEA组件和双极板。
MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。
双极板常用石墨板材料制作，具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，与电极相容性好等特点。
常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。
质子交换膜工作原理
质子交换膜工作原理引言：质子交换膜（Proton Exchange Membrane，简称PEM）是一种用于电化学能源转换的关键材料，广泛应用于燃料电池、电解水制氢等领域。
它的工作原理是通过质子传导来实现氢气和氧气的电化学反应，从而产生电能。
本文将详细介绍质子交换膜的工作原理，以及其在燃料电池中的应用。
一、质子交换膜的结构和特性质子交换膜是一种由特殊聚合物材料制成的薄膜，其具有以下几个特点：1. 高质子传导性：质子交换膜能够快速传导质子，同时阻止电子的流动，从而实现了质子与电子的分离。
2. 良好的化学稳定性：质子交换膜在酸碱环境下具有较好的稳定性，能够承受燃料电池中的高温和高湿条件。
3. 适当的透气性：质子交换膜能够透过水分子和小分子气体，但阻止大分子物质的通过，从而实现了质子传导和气体隔离的双重功能。
二、质子交换膜的工作原理质子交换膜的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 吸附水分子：质子交换膜具有较强的亲水性，能够吸附周围的水分子，形成质子水合物。
2. 质子传导：在水分子的作用下，质子交换膜中的酸基团（通常是磺酸基团）会吸附和释放质子，实现质子的传导。
这种质子传导的机制被称为质子跳跃。
3. 氧气还原反应：在燃料电池的阴极，质子交换膜会与氧气发生反应，生成水。
这个过程是电化学反应的关键步骤，产生了电能。
4. 氢气氧化反应：在燃料电池的阳极，质子交换膜会与氢气发生反应，生成水和电子。
质子交换膜通过阻止电子的流动，使电子只能通过外部电路流动，从而产生电流。
三、质子交换膜在燃料电池中的应用燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电能的装置，质子交换膜是其中重要的组成部分。
它在燃料电池中的应用可以分为以下几个方面：1. 电解水制氢：质子交换膜可以用于电解水制氢过程中，通过输入电能将水分解成氢气和氧气。
这是一种清洁、可再生的制氢方法。
2. 直接甲醇燃料电池：质子交换膜可以用于直接甲醇燃料电池中，将甲醇和氧气反应产生电能。
简述质子交换膜燃料电池的特点
简述质子交换膜燃料电池的特点一、引言质子交换膜燃料电池是一种新型的清洁能源技术，具有高效、环保、可持续等特点，正在被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。
本文将从工作原理、结构特点、优势和不足等方面对质子交换膜燃料电池进行详细阐述。
二、工作原理质子交换膜燃料电池是通过化学反应将氢气和氧气转化为电能的设备。
其工作原理是，通过外部供应氢气和空气（或纯氧），在阳极上发生反应，将氢分子分解成质子和电子，并将电子通过外部回路输出，同时质子穿过质子交换膜到达阴极，在阴极上与空气中的氧分子结合生成水，并释放出大量的能量。
整个过程中产生的水是唯一的废物。
三、结构特点1. 质子交换膜：是整个燃料电池最核心的部件，它可以选择性地允许质子通过，但不允许其他物质通过。
2. 阳极：通常使用铂或其合金作为催化剂，促使氢分子分解成质子和电子。
3. 阴极：通常使用铂或其合金作为催化剂，促使氧和质子结合生成水，并释放出大量的能量。
4. 外部回路：将电子输出到外部，驱动电器工作。
四、优势1. 高效：燃料电池的转换效率可以达到50%以上，远高于传统热机的转换效率。
2. 环保：燃料电池只产生水和少量热能，不会产生有害气体和颗粒物等污染物。
3. 可持续：氢气是一种可再生的能源，可以通过水解或者从天然气中提取得到。
4. 静音：相比传统内燃机发动机，燃料电池运行时几乎没有噪音。
五、不足1. 储存问题：氢气的储存需要高压容器或液态储存，存在安全隐患和成本问题。
2. 建设成本高：目前燃料电池技术还处于发展初期，建设成本较高。
3. 能源密度低：相比于传统化石能源，燃料电池的能源密度较低，需要更大的体积来储存和使用。
六、应用前景质子交换膜燃料电池具有广阔的应用前景。
在汽车领域，燃料电池车可以实现零排放、长续航、快速加氢等优势；在船舶领域，燃料电池可以替代传统柴油发动机，降低船舶排放和噪音；在航空领域，燃料电池可以提高飞机的能效和环保性。
同时，随着技术不断发展和成本不断降低，燃料电池还将被广泛应用于家庭供暖、移动通信等领域。
质子交换膜燃料电池应用领域
质子交换膜燃料电池应用领域质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）作为一种新型的绿色能源技术，正在逐渐应用于各个领域。
它具有高效能、低污染、静音等特点，受到了广泛的关注和研究。
一、交通运输领域随着全球环保意识的增强，交通运输领域对清洁能源的需求越来越迫切。
质子交换膜燃料电池作为一种高效能的能源转换装置，被广泛应用于电动汽车、无人驾驶车辆等交通工具中。
相较于传统燃油车，质子交换膜燃料电池车辆具有零排放、低噪音、高能量密度等优势，可以有效减少空气污染和噪音污染。
二、航空航天领域质子交换膜燃料电池在航空航天领域的应用也备受关注。
由于其高能量密度和轻量化的特点，质子交换膜燃料电池可以作为航空器的主要能源来源，取代传统的燃油发动机。
这不仅可以提高飞机的续航能力，还可以减少气体排放，降低对空气质量和环境的影响。
三、移动电源领域随着移动电子设备的普及，对于高效、便携的电源需求也日益增长。
质子交换膜燃料电池具有高能量密度和快速充电的特点，可以用作移动电源，为手机、平板电脑等设备提供持久的电力支持。
相比传统电池，质子交换膜燃料电池不仅充电速度更快，而且充电次数更多，使用寿命更长。
四、农业领域质子交换膜燃料电池在农业领域的应用也具有很大潜力。
例如，可以将质子交换膜燃料电池应用于农业机械设备，提供清洁、高效的动力源。
此外，质子交换膜燃料电池还可以用于农村地区的电力供应，解决乡村电网建设和供电不足的问题。
质子交换膜燃料电池的应用领域非常广泛，涵盖了交通运输、航空航天、移动电源、农业等多个领域。
随着技术的不断进步和成本的降低，质子交换膜燃料电池将在未来发展中发挥更加重要的作用，为人类创造一个更加清洁、可持续的未来。
质子交换膜燃料电池结构
质子交换膜燃料电池结构
质子交换膜燃料电池结构由电极、质子交换膜、容器、空气放氧塞和电极接线组成。
容器中装有燃料，如硫酸钠溶液，空气放氧塞连接容器和空气管路，可实现氧气进入容器内。
电极由催化剂、固定剂和电极支架组成，用于消费氧气和燃料，电极接线将电极连接到电池外部。
质子交换膜是电池的核心部件，连接电极和容器，它可将燃料电池的反应循环独立于空气管路，保证电池的运行安全。
在质子交换膜的作用下，只有质子可以从负电极穿过质子交换膜，电子则被阻止，从而实现电池的正常发电。
质子交换膜燃料电池的特点
质子交换膜燃料电池的特点
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，
简称PEMFC）的特点如下：
1. 快速启动：PEMFC能够在几秒钟内启动，因为膜电解质的
温度要求较低。
2. 高效率：PEMFC在高温下能够实现高效率的能量转换，能
够达到40%至60%的能量利用率，相比其它类型的燃料电池
更高。
3. 快速响应：PEMFC具有快速响应的特点，能够在几十毫秒
内响应负载变化，适用于需要频繁启动和停止的应用。
4. 温度控制简单：PEMFC的工作温度通常在60℃至80℃之间，相对较低，无需复杂的温度控制系统。
5. 高能量密度：PEMFC相对于其它类型的燃料电池来说具有
较高的能量密度，能够提供更多的功率输出。
6. 清洁环保：PEMFC使用氢气和氧气作为燃料，产生的唯一
副产品是水，没有污染物排放，对环境友好。
7. 适应性广泛：PEMFC适用于移动电源、电动汽车等多种应
用领域，因为它体积小、重量轻、启动快等特点使得它能够适应不同的应用场景。
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燃料电池用质子交换膜综述 1.1 概述 世界范围内的能源短缺问题越来越严重。对于传统的化石燃料不可再生，且使用过程中造成的环境污染严重。然而，绝大多数能量的转化是热机过程实现的，转化效率低。在过去30年里，化石燃料减少，清洁能源需求增多。寻求环保型的再生能源是21世纪人类面临的严峻的任务。因此，针对上述传统能源引来的诸多问题，提高能源的转换效率和寻求清洁新能源的研究获得越来越广泛的。 燃料电池(Fuel cell)是一种新型的能源技术，其通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能[1, 2]。而且，不受地域以及地理条件的限制。近年来，燃料电池得到了长足的发展，并且在不同的领域已得到了实际的应用。
1.2 燃料电池
燃料电池不受卡诺循环的限制，理论能量转化率高(在200°C以下，效率可达80％)，实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍，所用的燃料为氢气、甲醇和烃类等富氢物质[3]，环境友好。因此，燃料电池具有广阔的应用前景。下面从组成、分类和特点3个方面具体介绍一下燃料电池：
1.2.1 燃料电池的组成 燃料电池本质上是水电解的一个逆装置。在燃料电池中，氢和氧通过化学反应生成水，并放出电能。燃料电池基本结构主要由阳极、阴极和电解质3部分组成。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，加速电极上的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等五大类型。以H2/O2燃料电池为例(图1-1)：H2进入燃料电池
的阳极部分，阳极上的铂层将氢气转化成质子和电子。中间的电解质仅允许质子通过到达燃料电池的阴极部分。电子则通过外线路流向阴极形成电流。氧气进入燃料电池的阴极和质子，电子相结合生成水[4]。 图1. 1燃料电池工作示意图 1.2.2燃料电池的分类 通常燃料电池根据所用电解质的不同来划分，因为它决定了燃料电池的工作温度、电极上所采用的催化剂以及发生反应的化学物质。燃料电池按电解质的不同可分为五类：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。表1.1列出了上述五种燃科电池的主要特点[5]。
表 1.1 燃料电池类型及各自特点 类型 工作温度(°C) 燃料 电解质 运动离子 PEMFC 70-110 H2, CH3OH 磺化聚合物 (H2O)nH+ AFC 100-250 H2 KOH 溶液 OH- PAFC 150-250 H2 H3PO4 H+ MCFC 500-700 烃类,CO (Na,K)2CO3 CO32-
SOFC 700-1000 烃类,CO (Zr,Y)O2-δ O2-
1.2.3燃料电池的特点 燃料电池主要特点[6]如下：(a) 能量转化效率高。燃料电池能量转化过程不受卡诺循环的限制，理论上最大效率可达80%以上，实际工作效率受极化现象等影响在40%~60%。(b) 清洁无污染。以纯氢为燃料时，产物只有水，几乎不产生有害物质。富氢气体为燃料进行脱硫除氮工作，几乎不排放硫氧化物和氮氧化物。(c) 工作噪音低。运动部件非常少，因此其工作噪音很小，十分安静。(d) 部件少，可靠性及维护性好。可以作为各种不间断电源和应急电源使用。 1.3 质子交换膜燃料电池 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)，采用高分子膜作为固态电解质，具有能量转换率高、低温启动、无电解质泄露等特点，被广泛用于轻型汽车、便携式电源以及小型驱动装置。 PEMFC除了具有燃料电池的一般特点之外，还具有其他突出的优点：工作电流大，比功率高，可达到1 kW/kg；使用固体电解质膜，能够有效避免腐蚀问题和电解液泄露；工作温度低，可在-30°C环境下启动；启动速度快，几秒钟内即可实现冷启动；组成简单、结构紧凑、重量小，便于携带；由于没有运动部件，工作噪音低；寿命长等。 PEMFC 的工作原理[7]。以H2/O2燃料电池为例，阳极催化层中的氢气发生氧化反应解离成氢离子和电子，其中，产生的电子在电势的作用下经外电路到达阴极，氢离子则经质子交换膜到达阴极，在阴极上，氧气结合氢离子及电子发生还原反应生成水，生成的水通过电极随反应尾气排出。反应方程为：
（1.1）
（1.2）
222H+1/2OHO （1.3）
图1.2 PEMFC工作原理示意图
+-2H2H+2e
+-221/2 O+2H+2eHO质子交换膜是PEMFC的核心部件。其作用是： （1）分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气直接混合发生化学反应； （2）传导质子，质子传导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高； （3）电子绝缘体，阻止电子在膜内传导，从而使燃料氧化后释放出的电子只能由阳极通过外线路向阴极流动，产生外部电流以供使用。
1.4 质子交换膜
质子交换膜(PEM)是PEMFC中的核心部件之一，它和电极一起决定了整个PEMFC的性能、寿命和价格。用于PEMFC的质子交换膜必须满足下述要求[8, 9]：
（1）较高的质子传导率(燃料电池工作条件下)； （2）气体或燃料的渗透性低，从而阻隔燃料和氧化剂； （3）水的电渗系数小； （4）较好的化学和电化学稳定性； （5）良好的机械强度； （6）较低的成本。 到目前为止，人们已经开发出了大量的PEM材料。从膜的结构来看，PEM大致可分为三大类：磺化聚合物膜，复合膜，无机酸掺杂膜。目前研究的PEM材料主要是磺化聚合物电解质，按照聚合物的含氟量可分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜以及非氟质子交换膜等。
1.4.1 全氟质子交换膜 全氟磺酸型PEM由碳氟主链和带有磺酸基团的醚支链构成，具有极高的化学稳定性，目前应用最广泛[10]。其质子传导率在50°C的水中可达100 mS cm-1以上。全氟磺酸型PEM主要有以下几种类型[11]：美国杜邦公司的Nafion®系列膜；美国陶氏化学公司的XUS-B204膜；日本旭化成的Aciplex膜；日本旭硝子的Flemion膜；日本氯工程公司的C膜；加拿大Ballard公司的BAM型膜, 其中最具代表性的是由美国杜邦公司研制的Nafion®系列全氟磺酸质子交换膜。 由于全氟磺酸树脂 (PFSA) 分子的主链具有聚四氟乙烯结构(如图1.3所示)，分子中的氟原子可以将碳-碳链紧密覆盖，而碳-氟键键长短、键能高、可极化度小，使分子具有优良的热稳定性、化学稳定性和较高的力学强度，从而确保了聚合物膜的长使用寿命；分子支链上的亲水性磺酸基团能够吸附水分子[12, 13]，具有优良的离子传导特性[14]。
Nafion® 117 m≧1, n=2, x=5-13.5, y=1000 Flemion® m=0, 1; n=1-5
Aciplex® m=0, 3; n=2-5, x=1.5-14
Dow membrane m=0, n=2, x=3.6-10
图1.3 全氟磺酸膜的化学结构 全氟磺酸膜的优点是：机械强度高，化学稳定性好和在湿度大的条件下导电率高；低温时电流密度大，质子传导电阻小。但是全氟磺酸质子交换膜也存在一些缺点，如：温度升高会引起质子传导性变差，高温时膜易发生化学降解；单体合成困难，成本高；价格昂贵；用于甲醇燃料电池时易发生甲醇渗透等。
1.4.2 部分氟化质子交换膜 针对全氟磺酸型质子交换膜价格昂贵、工作温度低等缺点，研究人员除了对其进行复合等改性外，还开展了大量新型非全氟膜的研发工作[15]，部分氟化磺酸型质子交换膜便是其中之一，如聚三氟苯乙烯磺酸膜、Ballard公司的BAM3G膜、聚四氟乙烯-六氟丙稀膜等。 部分氟化膜一般体现为主链全氟(结构如图1.4所示)，这样有利于在燃料电池苛刻的氧化环境下保证质子交换膜具有相应的使用寿命[16]。质子交换基团一般是磺酸基团，按引入的方式不同，部分氟化磺酸型质子交换膜：全氟主链聚合，带有磺酸基的单体接枝到主链上；全氟主链聚合后，单体侧链接枝，最后磺化；磺化单体直接聚合。采用部分氟化结构会明显降低薄膜成本。但是此类膜电化学性能都不如 Nafion® 膜[17]。
R1, R2, R3 =alkyls, halogens, OR, CF=CF2, CN, NO2, OH 图 1.4 BAM 质子交换膜的化学结构 1.4.3 非氟质子交换膜 近十多年来，大量全芳型非氟碳氢化合物高分子材料被开发出来，其中主要有磺化聚醚酮[18](Sulfonated poly(ether ketone)，SPEK)、磺化聚苯并咪唑
[19](Sulfonated polybenzimidazole，SPBI)、磺化聚芳醚砜[20](Sulfonated poly(arylene
ether sulfone)，SPAES)、磺化聚酰亚胺[21](Sulfonated polyimides，SPI)及磺化聚苯[22](Sulfonated poly(p-phenylene)，SPP)等。
与全氟磺酸膜相比，非氟磺酸膜具有很多优点[23, 24]：(1)价格便宜得多，很多材料都容易买到；(2)含极性基团的非氟聚合物亲水能力在很宽温度范围内都很高，吸收的水分聚集在主链上的极性基团周围，膜保水能力较高；(3)通过适当的分子设计，稳定性能够有较大改善；(4)废弃非氟聚合物易降解，不会造成环境污染。因此此类新型材料的开发成为研究的热点。其中芳香族聚合物具有良好的热稳定性和较高的机械强度，磺化产物被研究者们广泛用于质子交换膜。特别是近年来，每年都有大量关于这方面的文献报导[25-27]。目前磺化芳香型聚合物主要有以下几类： 1.4.3.1 磺化聚芳醚酮类(SPAEK)
聚芳醚酮(PAEK)是一类由亚苯基环通过醚键和碳基连接而成的聚合物。PAEK分子结构中含有刚性的苯环，因此具有优良的高温性能、力学性能、电绝缘性，而分子结构中的醚键又使其具有柔性，成型加工容易[28]。 磺酸基团使SPAEK具有很好的质子传导性。SPAEK在燃料电池工作条件下可稳定工作几千小时，因此研究较多。Maryam Oroujzadeh等人[29]直接聚合制备了两种PAEK，BP共聚物的分子量很高，机械强度、质子传导率都比较好；BM共聚物在相同的磺化度下，IEC值较大。Hai-Son Dang等人[30]直接聚合制备了交联型SPAEK，通过改变磺化单体和未磺化单体的比例来控制主链的磺化度。这种交联SPAEK与Nafion®117相比，质子传导率比较高，热稳定性和机械性能较好。但是，这类膜的溶胀度较高且随着相对湿度的降低，膜的吸水率下降幅度太大，从而导致膜的质子传导率大幅降低，这就限制了它的适用范围。 1.4.3.2 磺化聚苯并咪唑(SPBI)