羰基和砜基共交联磺化聚酰亚胺质子交换膜的高温燃料电池性能及各向异性

摘要

研究了羰基和砜基共交联聚酰亚胺膜M1C和M2C的膜溶胀和质子传导的各向异性,以及在高温和低湿度条件下燃料电池的发电和耐久性能.研究结果表明,M1C和M2C膜厚方向溶胀比砜基交联质子交换膜(R1C)的小,且无显著的膜面方向尺寸变化.M1C和M2C的膜厚方向质子传导率明显大于R1C.温度、压力和相对湿度在很大程度上影响了燃料电池的性能.在相同条件下,M1C的燃料电池发电性能优于R1C.90℃时,较高的相对湿度(RH) 82％下,M1C和R1C具有与Nafion相近的发电性能;随着相对湿度降低到27％,M1C的电池性能显著降低,但仍高于R1C.随着操作温度从90℃提高到110℃,所有质子交换膜的性能都大幅下降.在0.2 MPa及RH为49％时,M1C的最大输出功率比R1C高21％.当电池压力上升至0.3MPa后,M1C的最大输出功率从0.2 MPa时的0.17 W/cm2提高到0.38 W/cm2.M1C在110℃下连续运行330 h后性能未见明显下降,说明羰基和砜基共交联的磺化聚酰亚胺质子交换膜具有良好的高温燃料电池耐久性能.