磺化聚砜-聚多巴胺-ZrO2有机无机杂化复合质子交换膜的结构及性能

关键词：复合膜 质子交换膜 仿生矿化 多孔基底 

摘要：为了解决燃料电池质子交换膜在高温全水合状态下的质子传导率低、易溶胀的问题,以商用磺化聚砜(PSF)多孔膜为基体,经聚多巴胺(PDA)表面沉积修饰后,在膜表面矿化形成ZrO2层从而制备PSF-PDA-ZrO2复合质子交换膜。研究了PDA沉积条件和ZrO2矿化工艺对PSF-PDA-ZrO2复合膜表面微观形貌及元素分布的影响规律;选择PDA沉积时间为5h的PSF-PDA改性膜进行矿化,随矿化时间的增加,其表面矿化层Zr元素含量显著提高。对PSF-PDA-ZrO2复合膜进行吸水率、溶胀率和电导率进行测试。结果表明,相较于PSF多孔膜,ZrO2矿化层显著抑制了PSF-PDA-ZrO2复合膜在高温下的溶胀行为,其溶胀率随矿化时间的增加逐渐降低。PDA沉积时间为5h,矿化时间分别为1h、5h、12h和24h的PSF-PDA-ZrO2复合膜质子传导率均高于纯PSF多孔膜,且随着矿化时间的增加复合膜的电导率逐渐降低。其中PDA沉积时间为5h,矿化时间为1h的PSFPDA-ZrO2复合膜电导率在90℃时高达0.117S·cm^-1,是同条件下纯PSF多孔膜的2.5倍。

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