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具有烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征
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作者 朱泰忠 张良 +3 位作者 黄泽权 罗伶萍 黄菲 薛立新 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1962-1971,共10页
磷酸(PA)掺杂聚苯并咪唑(PBI)以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)的首选材料。然而,由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率,导致膜的质子传导性能不佳,电池冷启动困难。因此,研发可在宽温... 磷酸(PA)掺杂聚苯并咪唑(PBI)以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)的首选材料。然而,由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率,导致膜的质子传导性能不佳,电池冷启动困难。因此,研发可在宽温湿度范围内高效运行的高温质子交换膜成为当前挑战。特别是拓宽其低温运行窗口、实现冷启动对这类质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域的实际应用具有重要意义。本文通过多聚磷酸溶胶凝胶工艺与内酯开环反应设计并合成了一系列磷酸掺杂的具有柔性烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜。重点探究了烷基磺酸的引入以及侧链长度对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律。研究结果表明,所制备的质子交换膜具有凝胶型自组装片层堆叠的多孔结构,有利于吸收大量磷酸并提供质子快速传输通道。其中,PA/PS-PBI展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能。特别是常温下,其质子传导率从原膜的0.0286S/cm提升至0.0694S/cm。80℃下,其质子传导率从原膜的0.1117S/cm提升至0.1619S/cm。200℃下,其质子传导率从原膜的0.2609S/cm提升至0.3578S/cm。此外,该膜在80℃和0%相对湿度(RH)条件下仍可具有与Nafion膜在100%RH时相当的质子传导率,为打破质子交换膜经典定义、实现宽温域(25~240℃)运行提供新的方案。 展开更多
关键词 燃料电池 凝胶 聚苯并咪唑 膜 质子传导率
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基于PI微球复合型全热交换膜的制备与性能
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作者 罗伶萍 王慧敏 +4 位作者 朱泰忠 张良 刘梦娇 黄菲 薛立新 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期6478-6489,共12页
聚酰亚胺(PI)是一类具备高热稳定性和化学稳定性的聚合物材料,已被广泛用于气体分离膜的制备。然而,当前将其作为新型有机填料的研究甚少,更没有应用在全热交换、新风系统领域的相关报道。因此,本文采用对苯二胺(pPDA)和3,3′,4,4′-二... 聚酰亚胺(PI)是一类具备高热稳定性和化学稳定性的聚合物材料,已被广泛用于气体分离膜的制备。然而,当前将其作为新型有机填料的研究甚少,更没有应用在全热交换、新风系统领域的相关报道。因此,本文采用对苯二胺(pPDA)和3,3′,4,4′-二苯酮四甲酸二酐(BTDA)作为单体原料,通过溶剂热聚合法成功制备了具有片层结构的PI微球颗粒。通过界面聚合过程将所制备的PI微球引入聚酰胺(PA)分离层中,构建出一系列基于PI微球的PA复合型全热交换膜材料。深入探究了PI微球的添加方式(制膜工艺)和掺杂量对膜形貌、水接触角、表面粗糙度、CO_(2)及水蒸气透过率、全热交换效率等的影响规律。研究结果表明,采用将PI微球均匀分散于均苯三甲酰氯(TMC)油相溶液中的制膜方法可确保粒子的负载与界面聚合反应同步进行,有效避免了颗粒堆叠和界面缺陷的问题。所制备的PI-PA-IV-2复合膜具有优异的透湿阻气性能,水蒸气渗透率从原膜的1763.45g/(m^(2)·24h)提升至1949.51g/(m^(2)·24h),CO_(2)透过率从21.04GPU降至3.64GPU。与此同时,该膜拥有与商业纸膜相当的热交换效率(97.47%)和焓交换效率(71.41%),为新型高效全热交换膜的制备提供了可行方案。 展开更多
关键词 聚酰亚胺 分离 膜 界面 阻气 全热交换效率
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