具有有序介孔结构的有机-无机复合高温质子交换膜的制备与研究

项目名称： 具有有序介孔结构的有机-无机复合高温质子交换膜的制备与研究

项目编号： No.51203093

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 有机高分子材料学科

项目作者： 路金林

作者单位： 辽宁科技大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 传统的质子交换膜燃料电池（PEMFC）通常在低温（～80℃）下工作，把工作温度提高到100℃以上是当前PEMFC研究中的一大热点。工作温度的提高会带来许多优点，如：提高电极反应动力，增强催化剂抗毒化能力；然而也带来一些挑战，最大的挑战是：需要发展一种能在高温下稳定工作的质子交换膜。本项目利用分子自组装技术，以酸掺杂的聚苯并咪唑（PBI）或Nafion为有机相、以杂多酸掺杂的介孔二氧化硅或完全磺化的多面体低聚倍半硅氧烷（S-POSS）为无机相，原位合成一种具有高度有序介孔结构的有机-无机复合膜。目的是充分利用有机和无机材料以及介孔结构所特有的优点，来提高复合膜的保水性、机械强度、电导率和稳定性等。通过多种技术和方法对膜的结构与性质进行表征，同时将所制备的复合膜应用于高温PEMFC中，目标是得到一种在高温（100～200℃）低湿度条件下，性能优异且可长时间稳定工作的有机-无机复合质子交换膜。

中文关键词： 质子交换膜；燃料电池；介孔结构；纳米复合膜；磷钨酸

英文摘要： The conventional proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are normally operated at low temperatures (～80℃). Currently, a very hot research topic is to increase the working temperature of PEMFCs to above 100℃, because the high temperature operations can provide many advantages such as improved electrode reaction kinetics and enhanced tolerance of catalysts to CO poisoning etc., as compared to the low temperature operations. However, there are still some big challenges for high temperature operations of PEMFCs. The biggest challenge is to develop a proton exchange membrane (PEM) possessing the necessary properties such as high proton conductivity and good stability at high temperatures. In this project, a novel organic-inorganic composite PEM with highly ordered mesoporous structures will be in situ synthesized using a molecular self-assembly technique. The polybenzimidazole (PBI) doped with acids and Nafion will be used as the organic phase, and the meso-silica doped with heteropolyacids (HPA) and sulfonated polyhedral oligomeric silsesquioxanes (S-POSS) will be used as the inorganic phase. The purpose is to enhance the water retention ability, mechanical strength, proton conductivity and stability of composite PEMs at high temperatures by effectively utilizing the advantages of organic phase, inorganic phase

英文关键词： Proton exchange membrane；Fuel cell；Mesoporous structure；Nanocomposite membrane；Phosphotungstic acid