课题基金 / 基金详情

基于“溶胀-纳米填充”策略的阻醇质子交换膜优化研究

批准号:
21703211
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
李静
学科分类:
电能源化学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨泽惠、刘旭坡、徐国效、蒋遥、罗醒颖

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项目成果

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中文摘要
针对直接甲醇燃料电池(DMFC)的燃料渗透问题,本课题提出了采用“溶胀-纳米填充”改性策略在质子交换膜(PEM)中原位无损重筑高效阻醇质子传输通道,避免传统共混及表面修饰改性策略对PEM关键性能的负面影响。首先,设计尺寸形貌可控的纳米功能大分子作为填充物,对商业Nafion膜进行“溶胀-纳米填充”改性,并结合色谱、电化学和形貌表征技术对材料和器件性能进行测试,实现对“溶胀-纳米填充”改性Nafion膜的性能优化。进而总结得出制备过程与阻醇质子传输通道微观结构及“溶胀-纳米填充”改性膜性能的关系,并将“溶胀-纳米填充”策略推广,使用功能无机纳米材料作为填充物并采用廉价阻醇PEM替代Nafion膜,在重筑高效阻醇质子传输通道的同时解决廉价PEM所固有的机械性能缺陷。本课题最终将实现阻醇PEM综合性能及其在DMFC中应用性的全面改善,有效提升DMFC的能量密度,促进DMFC技术的实用化进程。
英文摘要
A novel in-situ nano-scale swelling-filling strategy is proposed to modify proton exchange membranes (PEMs) for direct methanol fuel cell (DMFC) application by in-situ ruinlessly reconstructing the highly efficient methanol-permeation resistant proton conductive channels. This swelling-filling strategy can avoid the negative effects on key properties of PEM of the traditional PEM modification strategies. First of all, commercial Nafion membrane would be modified through the swelling-filling strategy with morphology controllable nano-sized functional macromolecules as modifiers for performance optimization of the modifized Nafion membrane. Relationships among the preparation details, the morphology structure of the methanol-permeation resistant proton conductive channels and the overall PEM performance will be proposed with the help of chromatography technology, electrochemical measurements and morphology characterizations. With the fabrication-structure-performance relationship, modifiers like functional inorganic nano-materials and low-cost methanol-permeation resistant PEMs would be subsequently invited for the nano-scale swelling-filling treating in order to enforce the mechanical strength of the low-cost methanol-permeation resistant PEMs. This project will provide a facile swelling-filling strategy treatment on proton exchange membrane modification, which can significantly boost the overall performance of DMFC and promote the practical application of DMFC technology.
基于对“溶胀-纳米填充”改性过程已经质子交换膜与纳米填充材料之间相互作用的认识,使用不同类型有机无机纳米填充材料对Nafion膜进行“溶胀-纳米填充”改性,实现质子交换膜质子电导率和机械强度的同步提升;在此基础上,利用无机氧化物类的水解特性,开发一种自催化“溶胀-纳米填充”质子交换膜改性策略,使得“溶胀-纳米填充”过程原位发生在质子交换膜的离子团簇中,进一步提升改性效率,实现传统质子交换膜质子传输通道的重构,同步提升质子交换膜机械强度、阻醇性能和质子电导率等关键性能。基于课题组研究较多的超支化磺化聚酰胺大分子填充材料,通过高分子合成过程的精确控制,合成了大量不同超支化磺化聚酰胺大分子,系统考察填充大分子尺寸、分子形状、封端基团等因素对质子交换膜改性效果的影响,并考察比较相关燃料电池性能,总结得到了构效关系。基于性能优化的“溶胀-纳米填充”改性质子交换膜,开发了相应的甲醇氧化催化剂及氧还原催化剂,提升贵金属催化剂利用率,实现了MEA结构的简化,降低直接甲醇燃料电池的成本,组装直接甲醇燃料电池实现超高浓度甲醇进样的同时,保证了高功率密度输出;同时,针对“溶胀-纳米填充”改性质子交换膜在中温燃料电池中的应用潜力,组装低贵金属载量MEA并开展中温(>100 oC)燃料电池性能研究,实现高温低湿条件燃料电池的功率密度。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Nitrogen-doped carbon active sites boost the ultra-stable hydrogen evolution reaction on defect-rich MoS2 nanosheets
氮掺杂碳活性位点促进富缺陷MoS 2 纳米片上的超稳定析氢反应
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.12.059
发表时间: 2017-12
期刊: International Journal of Hydrogen Energy
影响因子: 7.2
作者: [Cai Weiwei, Luo Xingying, Jiang Yao, Liu Zhao, Li Jing, Ma Liang, Xiong Jie, Yang Zehui, Cheng Hansong]
通讯作者: Cheng Hansong
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.10.157
发表时间: 2021
期刊: International Journal of Hydrogen Energy
影响因子:
作者: [Xu Guoxiao, Xue Shiji, Wei Zenglv, Li Jing, Qu Konggang, Li Ying, Cai Weiwei]
通讯作者: Cai Weiwei
Metallic 1T-MoS2 nanosheets in-situ entrenched on N,P,S-codoped hierarchical carbon microflower as an efficient and robust electro-catalyst for hydrogen evolution
原位固定在 N、P、S 共掺杂分级碳微花上的金属 1T-MoS2 纳米片作为高效、稳健的析氢电催化剂
DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.11.004
发表时间: 2019-04
期刊: Applied Catalysis B: Environmental
影响因子: --
作者: [Xiong Jie, Li Jing, Shi Jiawei, Zhang Xinlei, Cai Weiwei, Yang Zehui, Cheng Hansong]
通讯作者: Cheng Hansong
Targeted filling of silica in Nafion by a modified in situ sol- gel method for enhanced fuel cell performance at elevated temperatures and low humidity
通过改进的原位溶胶凝胶方法在 Nafion 中定向填充二氧化硅,以增强燃料电池在高温和低湿度下的性能
DOI: 10.1039/c9cc01221d
发表时间: 2019
期刊: Chemical Communications
影响因子: 4.9
作者: [Xu Guoxiao, Li Shuai, Li Jing, Liu Zhao, Li Ying, Xiong Jie, Cai Weiwei, Qu Konggang, Cheng Hansong]
通讯作者: Cheng Hansong
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    滨海平原有机质对弱透水层孔隙水溴离子富集的作用研究
    • 批准号:
      42377071
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      49万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      李静
    • 依托单位:
    基于“氢键阀”封装策略的聚苯并咪唑高温质子交换膜改性研究
    • 批准号:
      22179121
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      60万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      李静
    • 依托单位:
    粘性土弱透水层孔隙水渗流过程及演变机制研究
    • 批准号:
      41977167
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      62.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      李静
    • 依托单位:
    滨海平原粘性土孔隙水化学组分扩散特征及其环境意义
    • 批准号:
      41502231
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      21.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      李静
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金