聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.023

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (8): 146-158.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.023

聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展

汤小明¹, 曹宁¹, 蒋岳航¹, 王倩¹, 王志彦², 李建华², 王亚涛²(), 连慧琴¹(), 汪晓东³, 崔秀国¹

^1.北京石油化工学院新材料与化工学院，特种弹性体国家重点实验室，北京 102617
^2.开滦煤化工研发中心，河北唐山 064012
^3.北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029

收稿日期:2022-03-21 出版日期:2022-08-26 发布日期:2022-08-22
通讯作者: 王亚涛（1968—），男，正高级工程师，从事化工技术材料研发，wangyatao@kailuan.com.cn
连慧琴（1969—），女，教授，从事离子交换膜及复合材料在柔性器件及电池领域研究，lianhuiqin@bipt.edu.cn
E-mail:wangyatao@kailuan.com.cn;lianhuiqin@bipt.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(2127103);大学生研究训练项目(2021J00179)

Research progress in polysulfone for proton⁃exchange membrane fuel cell

TANG Xiaoming¹, CAO Ning¹, JIANG Yuehang¹, WANG Qian¹, WANG Zhiyan², LI Jianhua², WANG Yatao²(), LIAN Huiqin¹(), WANG Xiaodong³, CUI Xiuguo¹

^1.State Key Laboratory of Special Elastomers，College of New Materials & Chemical Engineering，Beijing Institute of Petrochemical Technology，Beijing 102617，China
^2.Coal Chemical R&D Center of Kailuan Group，Tangshan 064012，China
^3.State Key Laboratory of Organic?Inorganic Composites，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2022-03-21 Online:2022-08-26 Published:2022-08-22
Contact: WANG Yatao, LIAN Huiqin E-mail:wangyatao@kailuan.com.cn;lianhuiqin@bipt.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

介绍了质子交换膜的分类，综述了主链型聚砜质子交换膜、侧链型聚砜质子交换膜、无机掺杂复合型聚砜质子交换膜等聚砜类燃料电池质子交换膜的最新研究进展，全面阐述了磺化聚砜的形貌、结构对材料物理化学性能的影响，并展望了聚砜类燃料电池质子交换膜的发展前景。

关键词: 聚砜, 质子交换膜, 燃料电池, 磺化, 质子导电性

Abstract:

This paper introduced the classification of proton?exchange membranes and reviewed the latest research progress in polysulfone fuel cell proton?exchange membranes， such as main chain polysulfone proton?exchange membranes， side chain polysulfone proton?exchange membranes， and inorganic doped composite polysulfone proton?exchange membranes. The influence of morphology and structure on the physical and chemical properties of sulfonated polysulfone was described comprehensively， and application prospect of polysulfone fuel cell proton?exchange membrane was analyzed.

Key words: polysulfone, proton exchange membrane, fuel cell, sulfonation, proton conductivity

中图分类号:

TQ326.55

汤小明, 曹宁, 蒋岳航, 王倩, 王志彦, 李建华, 王亚涛, 连慧琴, 汪晓东, 崔秀国. 聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 146-158.

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图/表 9

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类型	名称	厚度/μm	拉伸强度/MPa	IEC/mmol·g^-1	吸水率/%	质子电导率/S·cm^-1
全氟质子交换膜	Nafion117^［5］	175	17.5	0.90	19.5（30 ℃）	0.013 3（30 ℃、100 %RH）
全氟质子交换膜	Nafion211^［54］	25.4	—	0.98	—	0.06（30 ℃、95 %RH）
部分含氟质子交换膜	sPEPOF⁃25^［16］	—	—	1.65	35（25 ℃）	0.099（80 ℃）
部分含氟质子交换膜	BP⁃60^［55］	40~60	51.1	1.81	77.8（80 ℃）	0.144（30 ℃）
碳氢质子交换膜	OSPN/PAEK⁃b⁃KSPAEK （Semi⁃IPN 24）^［20］	180~200	21.8	—	38.2（30 ℃）	0.046（30 ℃）
	SPI⁃NfF^［23］	12	123.0	1.80	73.9（30 ℃）	0.08（30 ℃、95 %RH）
	PBI_0.5⁃block⁃OPBI_0.5^［26］	40	9.2	—	-	0.1（180 ℃、无水）
复合型聚砜质子交换膜	SPSF⁃graft⁃PPSF（P80S20）^［21］	—	30.7	—	23.07	0.017 2（95 ℃、90 ％RH）
	TDAP⁃graft⁃PSU^［40］	—	3.5	—	186（85 %磷酸、25 ℃）	0.034（120 ℃）
	SPAES⁃TiO₂/g⁃C₃N₄^［45］	70	34.8	2.13	63.5（30 ℃）	0.180（30 °C 100 %RH）
	SPSF/ZrP⁃42^［46］	—	47.0	—	38	0.156（80 ℃）
	0.5 %（PDA⁃CNTs）/sPSF^［47］	—	—	—	26（25 ℃）	0.121（80 ℃）
	SPEAS⁃HA⁃GO⁃0.5^［50］	15~20	55.0	—	75.9（30 ℃）	0.017（90 ℃、50 %RH）
	Cell⁃UiO⁃66⁃NH₂⁃5/SPSF^［52］	—	—	1.15	25（40 ℃）	0.196（80 ℃、100 %RH）

类型	名称	厚度/μm	拉伸强度/MPa	IEC/mmol·g^-1	吸水率/%	质子电导率/S·cm^-1
全氟质子交换膜	Nafion117^［5］	175	17.5	0.90	19.5（30 ℃）	0.013 3（30 ℃、100 %RH）
全氟质子交换膜	Nafion211^［54］	25.4	—	0.98	—	0.06（30 ℃、95 %RH）
部分含氟质子交换膜	sPEPOF⁃25^［16］	—	—	1.65	35（25 ℃）	0.099（80 ℃）
部分含氟质子交换膜	BP⁃60^［55］	40~60	51.1	1.81	77.8（80 ℃）	0.144（30 ℃）
碳氢质子交换膜	OSPN/PAEK⁃b⁃KSPAEK （Semi⁃IPN 24）^［20］	180~200	21.8	—	38.2（30 ℃）	0.046（30 ℃）
	SPI⁃NfF^［23］	12	123.0	1.80	73.9（30 ℃）	0.08（30 ℃、95 %RH）
	PBI_0.5⁃block⁃OPBI_0.5^［26］	40	9.2	—	-	0.1（180 ℃、无水）
复合型聚砜质子交换膜	SPSF⁃graft⁃PPSF（P80S20）^［21］	—	30.7	—	23.07	0.017 2（95 ℃、90 ％RH）
	TDAP⁃graft⁃PSU^［40］	—	3.5	—	186（85 %磷酸、25 ℃）	0.034（120 ℃）
	SPAES⁃TiO₂/g⁃C₃N₄^［45］	70	34.8	2.13	63.5（30 ℃）	0.180（30 °C 100 %RH）
	SPSF/ZrP⁃42^［46］	—	47.0	—	38	0.156（80 ℃）
	0.5 %（PDA⁃CNTs）/sPSF^［47］	—	—	—	26（25 ℃）	0.121（80 ℃）
	SPEAS⁃HA⁃GO⁃0.5^［50］	15~20	55.0	—	75.9（30 ℃）	0.017（90 ℃、50 %RH）
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聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展

Research progress in polysulfone for proton⁃exchange membrane fuel cell

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