什么是質子交換膜？種類及特性介紹

1、質子交換膜

質子交換膜是一種帶有陽離子交換基團(磺酸基團，羧酸基團，磷酸基團等)的聚合物電解質薄層，厚度通常在10-100^m之間。陽離子交換基團通過化學鍵固定在聚合物上從而形成一個整體。這種固定的連接方式避免了小分子電解質的流失。質子交換膜按照含氟量分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、復合膜等。目前全氟質子交換膜是主流的技術，產業化程度較高，主要應用在下游燃料電池、上游電解水制氫、儲能電池等領域。

同時，質子交換膜是膜電極核心材料，主要功能為傳導質子、阻隔氣體。質子交換膜在燃料電池的主要功能有兩個：一方面為電解質提供離子通道，一方面作為隔膜隔離兩級反應氣體。此外，質子交換膜還需要對催化劑層起到支撐作用。質子交換膜性能的好壞直接決定著燃料電池的性能和使用壽命。

2、質子交換膜分類

(1)全氟磺酸膜

全氟磺酸膜由碳氟主鏈和帶有磺酸基團的醚支鏈構成。

特性：機械強度高，化學穩定性好和在濕度大的條件下導電率高;低溫時電流密度大，質子傳導電阻小。溫度升高會引起質子傳導性變差，高溫時膜易發生化學降解;單體合成困難，成本高;價格昂貴;用于甲醇燃料電池時易發生甲醇滲透等。

優點：機械強度高，化學穩定性好，導電率較高，低溫時電流密度大，質子傳導電阻小

缺點：溫度升高使質子傳導性能變差，高溫易發生化學降解，成本高

商業應用/研究：美國杜邦公司的 Nafion 系列膜;美國陶氏化學公司的XUS-B204膜;日本旭化成的 Aciplex 膜;日本旭硝子的 Flemion 膜;日本氯工程公司的 C 膜;加拿大巴拉德公司的 BAM 型膜

(2)非全氟化質子交換膜

用取代的氯化物代替氟樹脂，或用氟化物與無機或其他非氟化物共混制成。

特性：具有非常低的磺酸基含量、高的工作效率;使單電池的壽命提高到15000h;成本較 Nafion 膜和 Dow 膜低得多，更易被人們接受。

優點：成本低，工作效率較高，并且能夠使電池壽命提升到15000h

缺點：機械強度及化學穩定性較差

商業應用/研究：BaIard-BAM3G膜

(3)無氟化質子交換膜

由無氟化烴類聚合物膜組成。

優點：成本低，環節污染小

缺點：化學穩定性較弱

商業應用/研究：DAIS-磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物膜(研制)

(4)復合膜

修飾材料·和全氟磺酸樹脂構成的復合膜.

優點：機械性能改善，改善膜內水傳動與分布，降低質子交換膜內阻

缺點：制備技術要求較高

商業應用/研究：Gore-select-PTFE 增強膜

來源：《機械設備行業：邁入燃料電池技術快速發展的十年-220217(35頁).pdf》

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