燃料电池高温质子交换膜

HTPEM是PEMFC的核心组件,起到传导质子、隔绝电子的作用。高温下电池内相对湿度较低,因此需要开发高温低湿度下性能优越的 HTPEM,质子导体掺杂的 PBI膜在低相对湿度下可通过跳跃机理进行质子传导,具有良好的热稳定性和机械性能,广受关注。目前,复合PBI类 HTPEM 仍然面临许多挑战。

首先,要设计合成新型质子导体,使 PBI膜具有高质子电导率,同时避免质子导体流失以及在较高掺杂度下引起的机械性能降低、干湿变形增大和分相问题。其次,复合 PBI膜的端基和咪唑基上的 N—H 键较为活泼,易发生氧化降解,解决这一问题的方法(交联、端基或侧链修饰、掺杂自由基捕获剂和表面修饰等)往往会引起质子电导率的降低,或效果有限。

因此需要开发新的方法或添加剂,有效降低甚至消除氧化降解,同时避免对膜其他性能造成明显影响。另外,进一步研究复合 PBI膜的微观结构(微相分离结构和自由体积等)与膜性能之间的关系,调控其膜内微相分离结构、水化区域和自由体积的尺寸与分布等,来有效构筑质子传输通道,综合提升膜的性能。最后,新型聚合物电解质的开发也是值得不断探索和尝试的方向。