高质子传导/低甲醇渗透型氨基酸固载磺化聚苯硫醚质子交换膜

摘要

为优化及构建高速质子传输孔道，解决高质子传导率和低甲醇渗透率难以兼具的难题，以规模化生产的熔喷聚苯硫醚（PPS）非织造材料为基材，将氨基酸（酪氨酸、赖氨酸、甘氨酸、半胱氨酸）固载到磺化聚苯硫醚（SPPS）纤维膜上，用Nafion溶液浸渍涂覆及功能化改性后得到高导低渗质子交换膜（PEM）。结果表明：氨基酸上的大量极性基团诱导水分子形成SPPS三维网络连通结构，赋予复合膜良好的尺寸稳定性；通过氨基酸上氨基和羧基的功能化改性，改善了基体/基质界面作用，质子传输通道得到优化；复合膜的电导率在很大程度上取决于所固载氨基酸的质子转移能力，质子转移能力的顺序为—SH >—OH >—NH₂；与Nafion膜相比，固载氨基酸的复合膜的吸水率均显著提高，溶胀率均显著下降，质子传导率均提高，而甲醇渗透率均降低；80℃条件下负载半胱氨酸的SPPS-Cys/Nafion复合膜的质子传导率最高为0.297 S/cm，其甲醇渗透率为7.6×10^-7 cm²/s，在60℃和100%相对湿度（RH）条件下SPPS-Cys/Nafion复合膜单电池密度可达104.8 mW/cm²。

关键词

质子交换膜 / 磺化聚苯硫醚 / 氨基酸 / 质子传导 / 甲醇渗透

基金资助

国家自然科学基金项目（51603145;51873152）