项目名称: 沿离子传导方向具有直通有序离子传导通道的电纺氢氧离子交换膜

项目编号: No.21476044

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 有机化学

项目作者: 吴雪梅

作者单位: 大连理工大学

项目金额: 81万元

中文摘要: 氢氧离子交换膜是决定新能源燃料电池、液流电池性能的核心部件,可配合非贵金属催化剂,甲醇、钒离子等渗透率低。但氢氧根离子活动性差的本质,要求膜具有高度连通的离子传导通道。针对因离子传导通道连通性差导致膜电性能低的关键问题,本文提出沿离子传导方向具有直通有序离子传导通道的电纺氢氧离子交换膜。按照电池要求,将电纺纳米荷电纤维沿离子传导(膜厚度)方向直通有序排列,荷电纤维表面形成离子传导通道。研究电纺纳米纤维的直通取向形貌控制及其与堵孔制膜匹配原则,揭示强电场引力使荷电基团向纤维表面迁移的表面离子传导机理,匹配电纺膜与催化层的离子传导速率,建立膜结构与碱性稳定性及电池性能的优化设计,制备高电性能氢氧离子交换膜。项目提出沿离子传导方向直通有序离子传导通道的电纺氢氧离子交换膜及其独特的表面离子传导机理,国内外未见报道,我国将拥有完全自主知识产权。研究成果将作为燃料电池的核心部件,实现高效、低成本运行。

中文关键词: 氢氧离子交换膜;静电纺丝;离子传导通道;有序纤维;燃料电池

英文摘要: Hydroxide exchange membrane (HEM) is the key of renewable power sources, such as fuel cell and redox flow battery. It has many advantages, such as coordinating with non-noble metals, low methanol and vanadium ion crossover. The inherently low mobility of hydroxide ion conduction makes the design of efficient hydroxide ion conductive channels becomes particularly important for HEMs to improve conductivity. However, poor connection between ionic conductive pathways is a serious problem for HEMs to improve hydroxide conductivity. In this project, a novel design of straight aligned ionic conductive channels is proposed, which is accordance with the hydroxide conducting derection in the practical fuel cell operation. Aligned nanofiber will be produced by electrospinning and then be erected along the through-plane (membrane thickness) direction of the membranes by the post pore-filling of membrane. Straight ionic conductive pathways are expected to be built along the surface of the electrospun nanofiber to improve the hydroxide conductivity in the through-plane direction of the membranes. The aligned morphology control and the pore-filling process will be investigated in order to preparae aligned fiber membranes with high performance. We propose surface self-assembly mechanism of the ionic clusters induced by high-voltage electric field. It will be investigated systematically. Transport of hydroxide ions across the membranes and the catalyst layers will be balanced by controlling the membrane fabrication. Optimized relationship between the structural parameters of the membranes and the properties, such as conductivity and alkaline stability of the cells will be established to achieve high utilization efficiency of the ionic conducting groups. There is no report in the literature of the through-plane aligned electrospinning hydroxide exchange membrane and the surface ionic cluster transport mechanism, to our best knowledge. The achievements of this project will be helpful to improve the efficiency and economy of the renewable power resources, such as fuel cell.

英文关键词: Hydroxide exchange membranes;Electrospinning;Ionic conductive channel;Aligned fiber;Fuel cell

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