可再生能源基础与应用杂志
开放获取

抽象的

用于高温质子交换膜燃料电池的磷酸化SBA-15/磷酸化PSEBS复合膜

达摩林伽桑吉塔

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)由于其便携性、静音运行和高功率密度，日益成为未来有吸引力的能源。人们已努力提高其效率并使该技术变得负担得起。有几个参数在燃料电池效率方面发挥着作用，其中工作温度是最重要的。具体来说，高温质子交换膜燃料电池（HTPEMFC）具有更大的优点，例如更高的效率、提高的电极对一氧化碳中毒的耐受性、更快的反应动力学和有效的传热。由于常用的全氟化膜（例如 Nafion）的质子电导率高度依赖于外部湿度，因此其工作温度仅限于 100 °C。

目前，磷酸化SBA-15/磷酸化聚（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）（PSEBS）复合膜被开发用于高温燃料电池电解质。合成了介孔 Santa Barbara 无定形材料 (SBA-15)，并通过简单的两步工艺（包括氯甲基化和随后的膦酸化）将其接枝了膦酸酯官能团。使用傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱、固态 13C 核磁共振 (NMR)、29Si NMR、31P NMR 对膦酸化 SBA-15 (PSBA-15) 进行表征，以确认修饰成功。通过小角 X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM) 和透射电子显微镜 TEM 分析验证了形态特征。选择聚（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）（PSEBS）作为基础聚合物，并使用上述方法将膦酸官能团接枝到聚合物上，其中使用 Friedel Craft 的方法将氯甲基（-CH2Cl）基团连接到主链上烷基化，然后通过 Michaels-Arbuzov 反应对氯甲基化聚合物进行膦酸化，生成膦酸化 PSEBS (PPSEBS)。使用 NMR 和 FTIR 光谱研究证实了功能化。使用不同填料浓度（2%、4%、6% 和 8%）的 PSBA-15 制备复合 PPSEBS/PSBA-15 膜。针对燃料电池应用，进行了复合膜的吸水率、离子交换容量和质子电导率等各种研究。从研究来看，结果发现，填料含量为 6% 的 PPSEBS/PSBA-15 膜在 140 °C 时表现出最大质子电导率 8.62 mS/cm。最后，使用 PPSEBS/6% PSBA 复合膜、铂 (Pt) 阳极、Pt 阴极制造膜电极组件 (MEA)，并在内部建造的燃料电池中进行测试 设置。在非加湿条件下，140°C 下实现了 226 mW/cm2 的最大功率密度和 0.89 V 的开路电压。