離子液體在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用研究進展

與以往相比, 在新能源電池技術(shù)領(lǐng)域中所使用的質(zhì)子交換膜除了要求具備離子交換膜的基本特性以外,例如膜電阻低!離子選擇性強!機械強度高等,還必須具備較高的化學(xué)穩(wěn)定性!較強的耐電化學(xué)氧化性!耐溫性和保濕性以及能夠阻止活性物質(zhì)滲透和較低的價格等特點[z] .全氟離子膜, 例如D 叩"nt公司生產(chǎn)的N af io n 膜及類似產(chǎn)品, Do w 公司生產(chǎn)的Do w 膜, 以其化學(xué)穩(wěn)定性高以及機械強度高而礙到廣泛應(yīng)用.然而, 傳統(tǒng)的全氟磺酸膜不僅價格昂貴, 而且玻璃轉(zhuǎn)化溫度較低(128 e ) , 在高溫和低濕時電性能較差;另外氣密性較差, 不能有效阻隔有機燃料和水分子穿越膜層, 以致造成電池催化劑中毒和水平衡失調(diào).這些都限制了其在P E M F C 或直接甲醇燃料電池(D M F C )中更為廣泛的應(yīng)用, 也是目前制約P E M F C 商業(yè)化的主要因素之一田.

 

針對全氟離子交換膜存在的問題, 以芳香族聚合物為主鏈的質(zhì)子交換膜成為近年來研究的熱點之一岡.通過直接磺化這些聚合物, 在側(cè)鏈結(jié)構(gòu)中導(dǎo)人磺酸基團, 使其具備質(zhì)子交換功能.這種方法的優(yōu)點是合成步驟簡單, 容易大規(guī)模制備, 相對于全氟磺酸質(zhì)子交換膜, 成本較低.但是它們的電導(dǎo)率普遍較低, 存在很大的改善空間. 目前這類研究主要集中在離子交換容量(IE C )和電導(dǎo)率的提高上, 可是往往通過提高磺化度!增加IE C 的同時, 會使吸水率提高.膜的尺寸變化增大, 導(dǎo)致機械性能下降.

 

通過對現(xiàn)有膜進行改性, 獲得適合于質(zhì)子交換膜燃料電池使用的耐高溫!機械性能好!導(dǎo)電性高的質(zhì)子交換膜是膜科研工作者努力的方向之一離子液體(Io nie liq uids , IL s)是一種熔融鹽類物質(zhì), 由有機陽離子和有機或無機陰離子構(gòu)成, 在室溫或室溫附近呈液體狀態(tài).它具有不揮發(fā)(蒸氣壓接近于零) !不燃燒!穩(wěn)定性高!電化學(xué)窗口寬!離子導(dǎo)電能力強

等優(yōu)點圈.特別是離子液體的室溫電導(dǎo)率一般在10 一3 5 / "m 以上, 并隨著溫度的升高而變大.因此將離子液體代替水引人到質(zhì)子交換膜中, 可以在高溫下作為質(zhì)子傳遞的介質(zhì), 能夠有效地提高膜的電導(dǎo)率以及使用溫度。