新技术开发用于电解和燃料电池的质子传导膜

      为了能持续不断的在化学工业或能源存储领域使用电解技术，保持电解技术进步是十分必要的。同时从长远来看，使用电化学方法生产基础化学品，既可以有效降低成本，又能将能源系统与化学品生产联系起来。 电解工艺中通常使用膜来分离阴极和阳极，这样可以防止电解质间混合。 这种分离膜是允许所有离子通过的微孔分离器，但有时又是单一的选择性阴离子或阳离子分离器。

图片来源：弗劳恩霍夫应用聚合物研究所

      离子导电聚合物膜是电解工艺和燃料电池应用领域的重要组成部分。 弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（Fraunhofer IAP）的研究人员正在致力于开发超出现有技术水平的聚合物膜，以便将它们应用于如过氧化氢的分散式电化学生产过程。

      科学家们目前已经提出了一种全新的设计概念，用于生产廉价且环保的离子导电膜，用于电解和燃料电池。

      此开发项目中的一个重要目标便是延长膜的使用寿命，同时保持性能并降低成本。先前使用的全氟化聚合物膜，例如Nafion，具有着明显的缺点：基于这些聚合物的膜成本极高，并且随着时间的推移其质子传导性逐渐丧失，并且Nafion的氧化稳定性比较差。最重要的是，氟元素可能会释放到环境中，高浓度的氟对大多数生物有害，因此阻止氟的释放又是一项重要的考虑因素。

      聚合物苯基喹喔啉属于芳香族缩聚物族，其具有特定的热稳定性和化学稳定性。 基于对该聚合物类的研究，弗劳恩霍夫的科学家们通过缩聚反应制备新的嵌段共聚苯基喹喔啉（BPPQ）。 随后将聚合物磺化，得到可重复的磺化条件。

      他们制备的磺化BPPQs材料如二甲基乙酰胺在有机溶剂中具有优异的溶解性，同时也表现出优异的热稳定性。这两种材料性质都是分离膜制造的核心性能。

质子电导率与现有技术相当

      除材料的开发外，研究人员还专注于优化和简化膜制造工艺。 膜可以在实验室规模上稳定的批量生产，得到的膜也显示出了高氧化稳定性。

      基于该材料开发和制备得到的膜，可以实现与现有技术水平相当（1mS / cm）的质子传导率。 与目前的基准Nafion膜相比，新聚合物中的氟浓度可以大大降低（Nafion含有超过70％的氟，BPPQ约为5％的氟）。

      因此，新技术得到的膜更容易进行环保无害化处理，这将进一步降低使用这些新型膜的工艺成本。

原文来自：kunststoffe，原文标题：Proton-Conducting Membrane for Electrolysis and Fuel Cells，由材料科技在线团队翻译整理。