SPI/S-BEA复合质子交换膜的制备及电池性能

摘要

通过在磺化聚酰亚胺(SPI)中加入具有高温保水功能的无机纳米粒子磺化多孔沸石(S-BEA)制备SPI/S-BEA复合质子交换膜(PEM).扫描电镜显示当S-BEA含量为10%时(H1),无机颗粒较为均一的分散在SPI PEM中,当S-BEA的含量提高到20%时(H2),无机颗粒团聚增多,可明显观察到有机/无机宏观相分离界面.SPI/S-BEA复合PEM H1的离子交换容量(IEC)较SPI PEM M1下降了12%,由于S-BEA粒子的存在,吸水率并未有下降,膜中单位磺酸基团的水分子摩尔数从原来的23提高到10%杂化量时的26.由于无机颗粒表面的羟基和高分子链的氢键作用,复合PEM在干燥和润湿环境下的尺寸变化并无明显增加,且保持良好的机械性能.适量加入S-BEA的复合PEM的IEC值虽然有所下降,但低湿度下的质子传导率并未明显降低.当S-BEA含量达到20%时,其明显的宏观相分离界面不利于质子在膜内的有效传导,质子传导率有所下降.燃料电池性能测试表明,在90℃下,SPI/S-BEA复合PEM H1与SPI PEM M1相比较并未有明显的提高.当电池温度提高到110℃后,由于无机粒子S-BEA的高温保水性能,复合PEM的电池性能要明显好于SPI PEM,如H1电池最大输出功率为0.61 W cm-2,相对M1提高了30%.