DMFC用增强型质子交换膜的制备研究.docx

DMFC用增强型质子交换膜的制备研究
随着新能源技术的发展，直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种具有高效能、轻便性以及环保性的新型燃料电池，已经成为了目前重要的研究方向之一。在DMFC中，增强型质子交换膜是关键材料之一，其良好的质子传导性能对于提高DMFC的效率和稳定性起着至关重要的作用。本文旨在研究并阐述目前常用的增强型质子交换膜的制备方法及其优缺点。
一、增强型质子交换膜的作用
增强型质子交换膜是一种具有高导电性能的聚合物薄膜，通过改变质子扩散过程中的反应能垒和质子扩散通道来增强膜的导电性能，并应用于DMFC中。增强型质子交换膜的主要功能有：
1.分离质子与氧化剂还原剂：增强型质子交换膜可以阻止氧化剂还原剂混合，保证反应正常进行。
2.传导质子：增强型质子交换膜具有优异的氢离子传输性能，可以促进氧化还原反应的进行。
3.固化电解质：增强型质子交换膜能够强化电解质的稳定性和机械性能，提高DMFC的使用寿命和稳定性。
二、常见的制备方法
目前，常见的制备增强型质子交换膜的方法主要有以下几种：
1.简单混合法
简单混合法是将具有质子导电性质的物质与具有结构稳定性的聚合物溶解在一起，通过溶液混合、充分搅拌、高温挥发和干燥等过程，制备具有高质子传导性的薄膜。例如，通过聚丙烯和磺化聚苯乙烯的溶液混合，可以得到增强型质子交换膜。
2.膜接枝法
膜接枝法是将含有磺基化学物的低密度聚乙烯（LDPE）或聚丙烯薄膜表面接枝一定数量的含有芳基磺酸基团的聚合物，如芳基磺酸聚醚（SPEEK）或聚苯醚（PPO），从而提高其质子传导性和稳定性。
3.溶剂挥发法
溶剂挥发法是将含有质子传导性质的材料溶于溶剂中，然后将溶剂挥发掉得到高质子传导性的薄膜。例如，将聚合物和磺化物的混合物溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，挥发DMF得到增强型质子交换膜。
4.热板融合法
热板融合法是将磺化聚苯乙烯薄膜加热到其融点，然后将其与聚酰亚胺（PI）薄膜在热板上压合，形成聚苯乙烯/PI复合膜。然后通过浸泡、炼制、洗涤和干燥等过程，得到增强型质子交换膜。
三、优缺点及发展趋势
以目前的研究成果看，增强型质子交换膜的制备方法主要有简单混合法、膜接枝法、溶剂挥发法和热板融合法四种，每种方法都有其优劣性，并各自适用于不同的材料和制备条件。其中，简单混合法操作简单，成本较低，但其质子传导能力较低。而膜接枝法可以获得具有更高质子传导性的增强型质子交换膜，但该方法的操作相对复杂，难度较大。溶剂挥发法具有广泛适用性，但溶剂挥发效果对最终膜的质量影响较大。热板融合法制备增强型质子交换膜可实现高效率，但需要在高温环境下操作，不易控制。
未来的研究工作应重点关注以下三个方向：一是在材料的合成及掺杂方面进行研究，以提高质子传导性和稳定性，并能够承受更高的温度和湿度环境；二是在工程应用中优化DMFC设计和制备方法，提高DMFC的效率和稳定性；三是在解决DMFC商业化中面临的成本和可持续性问题方面进行研究。这些目标的实现将提高DMFC的市场竞争力，推动其成为未来新能源的重要发展方向。
四、总结
增强型质子交换膜作为DMFC中的关键材料，经过多年的研发，已经取得了较大的进展。本文介绍了目前常见的增强型质子交换膜的制备方法，对于未来的研究方向进行了展望。未来的研究可以跨越材料制备、工程应用和商业化开发等方面进行，进一步提高其使用寿命、效率和成本效益。