[01576492]胍碱功能化带孔氧化石墨烯纸复合等离子体聚合离子交换膜生产工艺的开发和工业应用

直接醇类燃料电池是一种可以将燃料的化学能转化为电能的能量转换装置,具有能量密度高（质量比能量达到6000Wh/kg）、启动快、污染低等优点,但其大规模商业化却受到了诸多因素的限制,比如商用的酸性直接醇类燃料电池的离子交换膜主要采用美国杜邦公司生产的Nafion?膜,价格昂贵,其全氟的磺酸类结构,制备过程易引起严重的环境污染。此外,酸性直接醇类燃料电池采用昂贵的贵金属Pt作为催化剂。开发碱性离子交换膜燃料电池是促进燃料电池商业化的有效途径。碱性燃料电池可以采用价格低廉的碱性离子交换膜作为电解质膜,且以非贵金属作为催化剂,这可大大降低燃料电池的价格,并增强其商业竞争力。 本项目采用后辉光等离子体聚合反应装置在胍碱功能化表面带孔氧化石墨烯纸正反面沉积等离子体聚合膜,成功设计出了一种具有高OH-离子电导率、低甲醇渗透率的碱性阴离子交换膜。本项目的顺利开展,取得了如下研究成果： （1） 解决了目前等离子体聚合离子交换膜普遍存在的离子电导率低、易引起电池短路、功能基含量和分子结构不可控性、及等离子聚合离子交换膜的成膜机理的不确定性等问题。 （2） 揭示了纳米孔道内离子传输和甲醇渗透机制,为获得离子电导率高、阻醇渗透性能高的等离子体聚合离子交换膜的设计和制备提供了理论基础,这对能量转换效率高、功率密度高、成本低与寿命长的直接醇类燃料电池的设计和制备具有十分重要的意义,也为燃料电池关键材料的制备提供了一种新的思路和方法,并有利于促进燃料电池的商业化和产业化进程。 （3） 掌握了氧化石墨烯上孔径大小、孔隙率、胍碱基含量对等离子体聚合离子交换膜的离子电导率及甲醇渗透率的影响规律。 （4） 设计和制备了高性能等离子体聚合离子交换膜。获得了室温离子电导率高达62.6±3.1 mS cm-1、甲醇渗透性低于10-12 ㎡s-1数量级、及燃料电池综合性能超过商用MORGANE-ADP膜的碱性阴离子交换膜。 （5） 研究成果在Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials ＆ Interfaces、Electrochimica Acta、Scientific Reports、Journal of Alloys and Compounds等期刊发表SCI论文12篇（其中SCI一区收录top期刊论文7篇,SCI二区收录论文5篇）;发表会议论文6篇;申请国家发明专利7项,其中2项已经获得授权;本项目直接转入国家自然科学基金联合基金项目,实验室依托本项目培养了2位研究生,9位本科生。