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耐高温磺化聚苯并咪唑的合成与表征 被引量:14
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作者 卿胜波 黄卫 颜德岳 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期2145-2148,共4页
用不同配比的5-磺酸钠间苯二甲酸、 4,4'-二羧基二苯醚与3,3'-二氨基联苯胺在多聚磷酸中进行共缩聚反应, 制得了一系列磺化度可控的溶解性较好的磺化聚苯并咪唑(sPBI-IE). 采用FTIR, 1H NMR, GPC和TGA等手段对所合成的聚合物的... 用不同配比的5-磺酸钠间苯二甲酸、 4,4'-二羧基二苯醚与3,3'-二氨基联苯胺在多聚磷酸中进行共缩聚反应, 制得了一系列磺化度可控的溶解性较好的磺化聚苯并咪唑(sPBI-IE). 采用FTIR, 1H NMR, GPC和TGA等手段对所合成的聚合物的结构、分子量与热稳定性能进行了表征. 结果表明, sPBI-IE的数均分子量(Mn)介于41 300~46 900之间, 多分散指数为2.15~2.54, 并且sPBI-IE具有优异的热稳定性能, 其起始分解温度、最大分解速率温度、 5%和10%热失重温度分别高于513, 586, 573和597 ℃. 展开更多
关键词 聚苯并咪唑 磺化 多聚磷酸 质子交换膜
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磷酸掺杂的ab-PBI膜及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用 被引量:11
2
作者 何荣桓 李庆峰 Bjerrum Niels J. 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期2302-2305,共4页
以3,4-二氨基苯甲酸为单体合成了ab-聚苯并咪唑. 研究了磷酸掺杂的该质子交换膜在80~200 ℃, 不同湿度以及不同酸掺杂量下的质子电导率. 该质子交换膜可作为燃料电池的膜电解质, 在常压不增湿的条件下, 可使电池运行温度达到200 ℃.
关键词 聚苯并咪唑 高温质子交换膜燃料电池 质子交换膜 质子电导率
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聚苯并咪唑的合成、性能及在燃料电池膜材料中的应用 被引量:9
3
作者 浦鸿汀 叶盛 《高分子通报》 CAS CSCD 2006年第2期9-17,40,共10页
讨论了聚苯并咪唑(PBI)的制备、种类及其性能,综述了围绕PBI用作质子导电材料的改性、掺杂及质子输送机理的研究进展,评述了PBI在质子交换膜中应用的进展。
关键词 聚苯并咪唑(PBI) 质子导电 掺杂 燃料电池
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聚苯并咪唑的化学改性及其应用 被引量:10
4
作者 卢艳华 陈建敏 周惠娣 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期56-60,共5页
介绍了聚苯并咪唑的化学改性方法和应用进展。聚苯并咪唑的1-N原子上的H原子具有一定的活性,可以发生烷基取代、酰基化和交联等化学反应,从而实现聚苯并咪唑的功能化,也可改善聚苯并咪唑的光稳定性、热稳定性以及韧性和强度。综述了近... 介绍了聚苯并咪唑的化学改性方法和应用进展。聚苯并咪唑的1-N原子上的H原子具有一定的活性,可以发生烷基取代、酰基化和交联等化学反应,从而实现聚苯并咪唑的功能化,也可改善聚苯并咪唑的光稳定性、热稳定性以及韧性和强度。综述了近年来聚苯并咪唑国内外的研究进展和应用,利用聚苯并咪唑的芳香性和聚苯并咪唑上孤对电子可以与金属形成配位化合物的特性实现了聚苯并咪唑在催化剂载体、甲醇直接燃料电池和金属分离等领域的应用;利用聚苯并咪唑良好的热稳定性和优异的力学性能实现其在结构材料领域的应用。初步探讨了聚苯并咪唑未来发展的重点方向。 展开更多
关键词 聚苯并咪唑 化学改性 应用
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燃料电池用高温质子交换膜的研究进展 被引量:10
5
作者 孙鹏 李忠芳 +4 位作者 王传刚 王燕 崔伟慧 裴洪昌 尹晓燕 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期23-34,共12页
燃料电池是一种高效的清洁能源技术,可缓解当今社会面临的能源和环境问题。质子交换膜燃料电池是一种重要的燃料电池类型,质子交换膜是其关键组件,起到传导质子、隔绝电子和阴阳两极的反应物的作用。质子交换膜燃料电池在低温下存在许... 燃料电池是一种高效的清洁能源技术,可缓解当今社会面临的能源和环境问题。质子交换膜燃料电池是一种重要的燃料电池类型,质子交换膜是其关键组件,起到传导质子、隔绝电子和阴阳两极的反应物的作用。质子交换膜燃料电池在低温下存在许多难以解决的问题,升高工作温度可以解决这些问题。因此需要开发高温低湿度下工作的膜材料。本文综述了高温质子交换膜的主要类型、制备与改性方法和质子传导机制,指出质子导体掺杂的聚苯并咪唑(PBI)类膜材料在高温低湿度下作为质子交换膜适用的巨大潜力,并探讨了复合PBI高温质子交换膜的制备、掺杂的质子导体类型和性能提升方法。最后本文归纳了高温质子交换膜面临的挑战,并指出了该类材料未来的研究方向,如设计合成新型质子导体、改善PBI抗氧化稳定性、调控膜微观结构来提升性能和开发新型聚合物电解质。 展开更多
关键词 燃料电池 高温质子交换膜 复合材料 质子电导率 聚苯并咪唑
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聚苯并咪唑的合成及应用研究进展 被引量:7
6
作者 马涛 李彦锋 +3 位作者 赵鑫 邵瑜 宫琛亮 杨逢春 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2008年第8期36-39,共4页
介绍了国内外有关聚苯并咪唑高分子材料的研究状况。论述了聚苯并咪唑的发展,二元酸和四胺单体的合成方法、聚合工艺、种类及国内外应用状况,并对聚苯并咪唑的发展方向和研究热点进行了分析。
关键词 聚苯并咪唑 单体合成 聚合 应用
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聚苯并咪唑/聚乙烯吡咯烷酮复合质子交换膜的制备及钒液流电池性能 被引量:7
7
作者 宋西鹏 刘金宇 +2 位作者 王丽华 韩旭彤 黄庆林 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1543-1551,共9页
将聚苯并咪唑(PBI)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混,制备了一系列PBI/PVP复合质子交换膜,研究了不同PVP含量对PBI/PVP复合质子交换膜性能的影响.研究结果表明,PVP的加入可有效提高PBI/PVP复合质子交换膜的吸水率及硫酸吸附量,从而提高质子电... 将聚苯并咪唑(PBI)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混,制备了一系列PBI/PVP复合质子交换膜,研究了不同PVP含量对PBI/PVP复合质子交换膜性能的影响.研究结果表明,PVP的加入可有效提高PBI/PVP复合质子交换膜的吸水率及硫酸吸附量,从而提高质子电导率,与PBI原膜相比,PBI-PVP-5复合质子交换膜的结合酸含量可达2.47 mmol/g,质子电导率达4.81 mS/cm,选择性(3.12×10^5 S·min/cm^3)远高于原膜(1.12×10^5 S·min/cm^3).电流密度为120 mA/cm^2时,电池的电压效率(VE)和能量效率(EE)均较PBI原膜提高了10%,电池自放电时间长达307 h.PVP的加入为PBI系列钒液流电池隔膜提供了一个提高质子电导率的新思路. 展开更多
关键词 全钒液流电池 聚苯并咪唑 聚乙烯吡咯烷酮 质子电导率 电池效率 质子交换膜
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燃料电池高温质子交换膜研究进展 被引量:7
8
作者 李金晟 葛君杰 +1 位作者 刘长鹏 邢巍 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期4894-4903,共10页
高温质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、CO耐受性高等特点,但磷酸掺杂的高温质子交换膜因磷酸的流失和聚合物的降解等原因导致燃料电池的输出功率发生衰减。本文通过介绍聚苯并咪唑衍生物的高温质子交换膜、聚苯并咪唑的复合型质子... 高温质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、CO耐受性高等特点,但磷酸掺杂的高温质子交换膜因磷酸的流失和聚合物的降解等原因导致燃料电池的输出功率发生衰减。本文通过介绍聚苯并咪唑衍生物的高温质子交换膜、聚苯并咪唑的复合型质子交换膜、新型芳基聚合物的高温质子交换膜,阐明聚合物的主链结构、官能团结构以及复合填料对高温质子交换膜性能的影响。在近期的研究报道中,提高膜性能的主要策略包括提升自由体积、建立交联结构、嵌段共聚、复合掺杂(ILs、MOFs、PIMs、MOx)、阳离子官能团修饰等。文章指出,在未来的研究中应该加强对磷酸基高温质子交换膜质子传输通道结构的进一步理解,关注聚合物化学降解和物理性能衰败的原因,并开发更多的新型聚合物材料。 展开更多
关键词 燃料电池 高温质子交换膜 聚苯并咪唑 聚芳醚酮砜 长期稳定性
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可溶性共聚型聚苯并咪唑的合成及性能 被引量:6
9
作者 盛丽 徐宏杰 +1 位作者 房建华 印杰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1461-1464,共4页
以对苯二酚和对氟苯甲腈为原料,合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯,并与4,4'-二羧基二苯醚作为共聚单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了共聚型聚苯并咪唑,通过红外光谱、核磁共振和热重分析等手段对聚合物的结构及热性能进行了分析.... 以对苯二酚和对氟苯甲腈为原料,合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯,并与4,4'-二羧基二苯醚作为共聚单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了共聚型聚苯并咪唑,通过红外光谱、核磁共振和热重分析等手段对聚合物的结构及热性能进行了分析.研究了聚合物的黏度、溶解性、成膜性及聚合物薄膜的力学性能. 展开更多
关键词 聚苯并咪唑 共聚型 可溶性
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Review on current development of polybenzimidazole membrane for lithium battery
10
作者 Yonggui Deng Arshad Hussain +3 位作者 Waseem Raza Xingke Cai Dongqing Liu Jun Shen 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期579-608,共30页
With the rapid development of portable technology,lithium batteries have emerged as potential candidates for high-performance energy storage systems owing to their high energy density and cycling stability.Among the k... With the rapid development of portable technology,lithium batteries have emerged as potential candidates for high-performance energy storage systems owing to their high energy density and cycling stability.Among the key components of a lithium battery system,the separator plays a critical role as it directly influences the battery performance benchmark(cycling performance and safety).However,traditional polyolefin separators(polypropylene/polyethylene)are unable to meet the demands of highperformance and safer battery systems due to their poor electrolyte compatibility,thermal runaways,and ultimate growth of dendrites.In contrast,membranes fabricated using polybenzimidazole(PBI)exhibit excellent electrolyte wettability and outstanding thermal dimensional stability,thus holding great potential as separators for high-performance and high-safety batteries.In this paper,we present a comprehensive review of the general requirements for separators,synthesis technology for separators,and research trends focusing PBI membranes in lithium batteries to alleviate the current commercial challenges faced by conventional polyolefin separators.In addition,we discuss the future development direction for PBI battery separators by considering various factors such as production cost,ecological footprint,preparation technology,and battery component compatibility.By exploring these perspectives,we aim to promote the continued application and exploration of PBI-based materials to advance lithium battery technology. 展开更多
关键词 Lithium batteries SEPARATORS Porous separators polybenzimidazole Membrane
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Ionic potency regulation of coagulation bath induced by saline solution to control over the pore structure of PBI membrane for highperformance lithium metal batteries
11
作者 Arshad Hussain Waseem Raza +6 位作者 Andleeb Mehmood Sana Jalees Lihong Ao Yonggui Deng Aymeric Ramiere Xingke Cai Dongqing Liu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期288-298,共11页
In this study,we have explored the use of water as a non-solvent for tuning the microstructure of poly-benzimidazole(PBI)membranes,which are potential separators for lithium metal batteries(LMBs).The traditional metho... In this study,we have explored the use of water as a non-solvent for tuning the microstructure of poly-benzimidazole(PBI)membranes,which are potential separators for lithium metal batteries(LMBs).The traditional method for membrane synthesis called nonsolvent-induced phase separation(NIPS),usually relies on hazardous and costly organic non-solvents.By dissolving sodium chloride(Nacl)in water,we could adjust the water ionic potency and the exchange speed of the non-solvent with the DMAC solution to change the micropore structure of the PBI membrane.With increasing Nacl concentration,the micro-pores in the PBI membrane transitioned from finger-like to sponge-like morphology.Compared to com-mercial separators like the Celgard separator,the PBI membrane with sponge-like micropores exhibited better regulation of lithium deposition and improved Li^(+) transportation capability due to its good wetta-bility with the electrolyte.Consequently,the PBI membrane-based Li/Li symmetric cell and Li/LiFePO_(4) full cell demonstrated superior performance compared to the Celgard-based ones.This research proposes an eco-friendly and scalable synthetic approach for fabricating commercial separators for LMBs,addressing the issue of lithium dendrite growth and improving overall battery safety and performance. 展开更多
关键词 Lithium metal-based battery Salt-induced polybenzimidazole Tunablemorphology lonic potency
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磷酸掺杂的聚苯并咪唑复合膜在高温质子交换膜燃料电池中的应用(英文) 被引量:2
12
作者 何荣桓 李庆峰 Bjerrum Niels J 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2006年第7期697-703,共7页
研制了聚苯并咪唑(PB I)的复合膜,复合膜中引入的组分包括无机质子导体磷酸氢锆(Zr(HPO4)2.nH2O,ZrP)和聚砜(PSF),以及磺化的酸型聚砜(SPSF(H))。热失重分析表明,复合膜PB I/ZrP/PSF和PB I/SPSF(H)的热稳定性可分别达400和230℃。磷酸... 研制了聚苯并咪唑(PB I)的复合膜,复合膜中引入的组分包括无机质子导体磷酸氢锆(Zr(HPO4)2.nH2O,ZrP)和聚砜(PSF),以及磺化的酸型聚砜(SPSF(H))。热失重分析表明,复合膜PB I/ZrP/PSF和PB I/SPSF(H)的热稳定性可分别达400和230℃。磷酸掺杂的PB I复合膜在温度高达200℃的低湿度条件下,呈现出高质子电导率。以磷酸掺杂的PB I复合膜为电解质,在200℃常压不加湿的条件下,以氢气氧气为燃料气进行了单电池测试,其最大功率密度分别为0.34 W/cm2(PB I/ZrP/PSF(质量比80∶15∶5))和0.38 W/cm2(PB I/SPSF(0.43H))。 展开更多
关键词 聚苯并咪唑 复合膜 电导率 质子交换膜 燃料电池
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Polybenzimidazole(PBI)and benzimidazole-linked polymer(BILP)membranes 被引量:6
13
作者 Shenzhen Cong Jixiao Wang +1 位作者 Zhi Wang Xinlei Liu 《Green Chemical Engineering》 2021年第1期44-56,共13页
Polybenzimidazoles(PBIs)and benzimidazole-linked polymers(BILPs)have exceptional thermal and chemical stability,and hence,their membranes were developed and used under harsh conditions.In this review,the formation,str... Polybenzimidazoles(PBIs)and benzimidazole-linked polymers(BILPs)have exceptional thermal and chemical stability,and hence,their membranes were developed and used under harsh conditions.In this review,the formation,structures,and properties of these polymers are studied follow by the fabrication of membranes.Applications,such as gas separation,organic solvent nanofiltration,water treatment,pervaporation and proton exchange,are extensively reviewed.The relationship of membrane performance and structure is established,highlighting the importance of processing protocols and post treatments.Future directions are provided on the basis of the conclusions. 展开更多
关键词 polybenzimidazole Benzimidazole-linked polymer Membrane Separation
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负载植酸的金属有机框架-聚苯并咪唑复合膜在高温质子交换膜燃料电池中的性能分析
14
作者 孙晗 包金小 潘高飞 《高分子通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期924-933,共10页
在聚苯并咪唑(PBI)中加入额外的质子导体是提高质子传导能力的有效策略。本文使用金属有机框架MIL-101(Cr)对植酸进行有效负载,并将其均匀分布在PBI膜中构建额外的质子传输途径。植酸在负载过程中并未破坏MIL-101(Cr)原有的晶体结构,所... 在聚苯并咪唑(PBI)中加入额外的质子导体是提高质子传导能力的有效策略。本文使用金属有机框架MIL-101(Cr)对植酸进行有效负载,并将其均匀分布在PBI膜中构建额外的质子传输途径。植酸在负载过程中并未破坏MIL-101(Cr)原有的晶体结构,所制备的复合膜具有比原始PBI膜更高的磷酸(PA)掺杂水平、更好的热稳定性和更强酸保留能力。此外,负载植酸的MIL-101(Cr)颗粒限制了PBI链的移动,提高了膜的力学性能,在PBI膜内构建了额外的质子传导途径和高密度氢键网路,使复合膜的电导率进一步升高,在160℃无水条件下PA掺杂的复合膜电导率最高可达到0.0744 S·cm^(-1),而PA-PBI膜仅为0.0398S·cm^(-1)。本研究还测试了在无额外加湿、无背压、160℃时的单电池性能,所制备的复合膜最大输出功率密度为178 mW·cm^(-2),比PBI膜高38 mW·cm^(-2)。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 聚苯并咪唑 金属有机框架 电解质 植酸
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醚氧-烷基间隔三离子侧链型PBI碱性膜研究
15
作者 杨睿祯 陈婉婷 +3 位作者 王小舟 崔福军 贺高红 吴雪梅 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期97-102,109,共7页
基于侧链接枝改性合成了一系列具有醚氧-烷基-醚氧链段间隔分布的三阳离子侧链型聚苯并咪唑膜(oat-PBI-x)。侧链中两段柔性的含醚链段有助于亲水通道和氢键网络的形成,促进OH-快速传递,而己烷基间隔段可打破侧链全亲水属性,有效抑制膜... 基于侧链接枝改性合成了一系列具有醚氧-烷基-醚氧链段间隔分布的三阳离子侧链型聚苯并咪唑膜(oat-PBI-x)。侧链中两段柔性的含醚链段有助于亲水通道和氢键网络的形成,促进OH-快速传递,而己烷基间隔段可打破侧链全亲水属性,有效抑制膜过度溶胀。在IEC为1.40 mmol/g时膜的综合性能达到最佳。80℃时电导率为144.4 mS/cm,拉伸强度保持在21 MPa,在80℃、1 mol/L KOH溶液中浸泡900 h后电导率保留率为91.7%。将其应用于H_(2)/O_(2)燃料电池,可在1549 mA/cm^(2)的高电流密度下达到611 mW/cm^(2)的峰值功率密度。 展开更多
关键词 阴离子交换膜 聚苯并咪唑 多阳离子侧链 醚氧键 燃料电池
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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
16
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 质子传导率
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燃料电池用高温质子交换膜 被引量:6
17
作者 白钰 王拴紧 +2 位作者 肖敏 孟跃中 王成新 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第3期426-441,共16页
与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一。掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(10... 与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一。掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(100~200℃)和低相对湿度下具有较高的质子传导率,以及较长使用寿命而成为研究的热点。高的磷酸掺杂量有助于质子传导率的提升,但也会牺牲膜的机械强度,因此已有大量致力于提升膜综合性能的改性研究。本文对目前基于磷酸基的聚苯并咪唑类、聚芳醚类等高温质子交换膜的改性策略进行评述,并梳理总结了包括MOFs、COFs在内的新型多孔材料在质子交换膜领域的应用,最后指出了高温质子交换膜当前面临的挑战。 展开更多
关键词 燃料电池 磷酸掺杂 高温质子交换膜 聚苯并咪唑 聚芳醚 MOFS COFs
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含朝格尔碱基聚酰亚胺-聚苯并咪唑宽温域复合质子交换膜的制备和性能
18
作者 钟建铭 代俊明 +3 位作者 张宇 赵庆美 张旭 庄永兵 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第4期452-461,共10页
针对氢燃料电池对宽温域质子交换膜材料的迫切应用需求,合成了新型含Tr?ger’s base(TB)结构的聚苯并咪唑(TB-PBI-N),并以之为填料与含TB基聚酰亚胺(PI-TB-N)共混,制备了5种不同比例的磷酸掺杂复合质子交换膜.通过傅里叶红外光谱(FTIR)... 针对氢燃料电池对宽温域质子交换膜材料的迫切应用需求,合成了新型含Tr?ger’s base(TB)结构的聚苯并咪唑(TB-PBI-N),并以之为填料与含TB基聚酰亚胺(PI-TB-N)共混,制备了5种不同比例的磷酸掺杂复合质子交换膜.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁氢谱(^(1)H-NMR)、热失重分析(TGA)和拉伸试验等表征了质子交换膜的结构、机械性能、热及氧化稳定性、酸吸收、溶胀度、质子电导率(σ)及氢/空燃料单电池的功率密度(PD),探究了TB-PBI-N填料的添加对复合膜性能的影响.结果表明:磷酸掺杂前复合膜的拉伸强度为87.3~129.5 MPa,掺杂后膜的拉伸强度为3.7~9.5 MPa,磷酸吸收率为235.3%~288.7%,溶胀率为13.9%~25.0%,可在30~160℃传导质子,σ和PD最高分别可达94.3 mS/cm和334.6 mW/cm^(2).TBPBI-N填料的添加改善了复合膜的机械性能及磷酸掺杂膜的尺寸稳定性.另外,填料TB-PBI-N的TB结构具有额外的碱基位点,可提供一定的酸吸附能力,从而提升了σ.其中,复合膜TB-PI-5PBI的拉伸强度为116.8 MPa,磷酸掺杂后膜的σ=67.7 mS/cm(160℃、0%RH),在30、80和160℃下,电池的功率密度分别达到58.9、224.7和334.6 mW/cm^(2),具有无湿度环境宽温域范围应用前景. 展开更多
关键词 聚酰亚胺 聚苯并咪唑 朝格尔碱基 质子交换膜 复合膜
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Highly efficient vanadium redox flow batteries enabled by a trilayer polybenzimidazole membrane assembly
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作者 Trung Tuyen Bui Mingyu Shin +3 位作者 Mohammad Rahimi Anders Bentien Yongchai Kwon Dirk Henkensmeier 《Carbon Energy》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期191-204,共14页
A novel polybenzimidazole(PBI)-based trilayer membrane assembly is developed for application in vanadium redox flow battery(VRFB).The membrane comprises a 1μm thin cross-linked poly[2,2′-(p-oxydiphenylene)−5,5′-bib... A novel polybenzimidazole(PBI)-based trilayer membrane assembly is developed for application in vanadium redox flow battery(VRFB).The membrane comprises a 1μm thin cross-linked poly[2,2′-(p-oxydiphenylene)−5,5′-bibenzimidazole](OPBI)sandwiched between two 20μm thick porous OPBI membranes(p-OPBI)without further lamination steps.The trilayer membrane demonstrates exceptional properties,such as high conductivity and low area-specific resistance(ASR)of 51 mS cm−1 and 81mΩcm^(2),respectively.Contact with vanadium electrolyte increases the ASR of trilayer membrane only to 158mΩcm^(2),while that of Nafion is 193mΩcm^(2).VO^(2+)permeability is 2.73×10^(-9) cm^(2) min^(−1),about 150 times lower than that of Nafion NR212.In addition,the membrane has high mechanical strength and high chemical stability against VO^(2+).In VRFB,the combination of low resistance and low vanadium permeability results in excellent performance,revealing high Coulombic efficiency(>99%),high energy efficiency(EE;90.8%at current density of 80mA cm^(−2)),and long-term durability.The EE is one of the best reported to date. 展开更多
关键词 polybenzimidazole porous membrane proton conductivity TRILAYER VRFBs
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Sulfonated polybenzimidazole/amine functionalized titanium dioxide(s PBI/AFT) composite electrolyte membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells usage 被引量:5
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作者 Muhammad AImran Tiantian Li +3 位作者 Xuemei Wu Xiaoming Yan Abdul-Sammed Khan Gaohong He 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第9期2425-2437,共13页
The novel sulfonated polybenzimidazole(sPBI)/amine functionalized titanium dioxide(AFT) composite membrane is devised and studied for its capability of the application of high temperature proton exchange membrane fuel... The novel sulfonated polybenzimidazole(sPBI)/amine functionalized titanium dioxide(AFT) composite membrane is devised and studied for its capability of the application of high temperature proton exchange membrane fuel cells(HT-PEMFCs),unlike the prior low temperature AFT endeavors.The high temperature compatibility was actualized because of the filling of free volumes in the rigid aromatic matrix of the composite with AFT nanoparticles which inhibited segmental motions of the chains and improved its thermal stability.Besides,amine functionalization of TiO2 enhanced their dispersion character in the sPBI matrix and shortened the interparticle separation gap which finally improved the proton transfer after establishing interconnected pathways and breeding more phosphoric acid(PA) doping.In addition,the appeared assembled clusters of AFT flourished a superior mechanical stability.Thus,the optimized sPBI/AFT(10 wt%) showed 65.3 MPa tensile strength;0.084 S·cm^-1 proton conductivity(at 160℃;in anhydrous conditions),28.6% water uptake and PA doping level of 23 mol per sPBI repeat unit.The maximum power density peak for sPBI/AFT-10 met the figure of0.42 W·cm^-2 at 160℃(in dry conditions) under atmospheric pressure with 1.5 and 2.5 stoichiometric flow rates of H2/air.These results affirmed the probable fitting of sPBI/AFT composite for HT-PEMFC applications. 展开更多
关键词 Sulfonated polybenzimidazole Titanium dioxide High temperature fuel cells Proton exchange membrane LEACHING AGGLOMERATION Polymerization
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