AEM發(fā)展中存在的問(wèn)題

AEM在發(fā)展過(guò)程中存在以下幾類問(wèn)題：

機(jī)械性能與電化學(xué)性能的矛盾。由于OH-離子的質(zhì)量是H+離子的17倍，因此理論上同樣離子交換容量的AEM與PEM相比，其離子傳導(dǎo)率僅為質(zhì)子傳導(dǎo)速率的1/4。為解決這一問(wèn)題，目前的主要研究思路尚集中在提高離子交換容量提升離子傳導(dǎo)率。但無(wú)限制的提高離子交換容量會(huì)造成膜吸水、溶漲率顯著提升，膜機(jī)械性能下降。尤其在燃料電池具體使用中會(huì)不斷重復(fù)吸水—脫水這一過(guò)程，造成膜迅速破裂;

膜耐堿性問(wèn)題。與Nafion為主的PEM不同，AEM骨架多采用芳香環(huán)構(gòu)筑，當(dāng)連接具有強(qiáng)正電荷的季銨離子作為離子交換基團(tuán)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多易被氫氧根例子進(jìn)攻的位點(diǎn)，造成膜發(fā)生化學(xué)降解;

與催化劑配合問(wèn)題。除了作為離子傳導(dǎo)介質(zhì)之外，在膜電極中也需要離子導(dǎo)電聚合物傳遞反應(yīng)產(chǎn)生的OH-至離子交換膜。這一過(guò)程中設(shè)計(jì)電子、離子、氣體與固體的多個(gè)界面問(wèn)題，針對(duì)AEM這一復(fù)雜界面的研究尚屬空白。

結(jié)論與展望

作為可再生材料出現(xiàn)的離子交換膜(IEM)在促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)和創(chuàng)新能源技術(shù)的發(fā)展方面發(fā)揮突出的作用。除了材料的固有特性之外，選擇適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▽?duì)于實(shí)現(xiàn)所需的膜性能也是至關(guān)重要的。

目前，一系列技術(shù)如聚合物共混，孔隙填充，原位聚合和電紡絲也有希望保持和改善原始聚合物的優(yōu)良性質(zhì)。但由于制備方法不夠系統(tǒng)化，進(jìn)一步探索和優(yōu)化操作條件對(duì)于精確控制改進(jìn)IEM的結(jié)構(gòu)和組成是有必要的。

隨著離子交換膜的材料和制備方法的進(jìn)步，相應(yīng)的應(yīng)用也取得了快速的進(jìn)展，燃料電池、擴(kuò)散透析、電滲析、雙極膜電透析、能源轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)等領(lǐng)域都需要使用IEM。

IEM作為PEMFC和APEFC的核心部件，這不僅要求IEM具有良好的電化學(xué)性能，即較高的離子傳導(dǎo)率;還需要優(yōu)異的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性;而且由于膜材料的工作體系為強(qiáng)酸性或者強(qiáng)堿性，這還要求材料的耐酸堿能力強(qiáng)，因此IEM仍面臨著未知的挑戰(zhàn)。

最后，應(yīng)該說(shuō)明的是材料、制備方法和在離子交換膜領(lǐng)域的潛在應(yīng)用需要協(xié)同研究和推進(jìn)。未來(lái)的離子交換膜研究，將逐漸改變現(xiàn)有的單一問(wèn)題分析方法，即不再局限于離子傳導(dǎo)率的提升、膜機(jī)械性能的提升等分散問(wèn)題，而會(huì)結(jié)合具體的電堆需求，進(jìn)行膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與定制合成。

在這一基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算化學(xué)手段與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，改變當(dāng)前材料研究的盲目性，形成一套面向需VC從求和燃料電池電堆實(shí)際應(yīng)用背景的系統(tǒng)研究方案。