质子交换膜的研究进展

我国质子交换膜燃料电池发展情况我国质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，具有广阔的应用前景。

本文将从历史发展、技术特点、应用现状等方面介绍我国质子交换膜燃料电池的发展情况。

一、历史发展质子交换膜燃料电池源于20世纪60年代的研究，随着对清洁能源的需求日益增加，我国在上世纪90年代开始了质子交换膜燃料电池的研究工作。

通过引进国外技术和自主创新，我国在质子交换膜燃料电池领域取得了长足的进展。

二、技术特点1. 高效能：质子交换膜燃料电池具有高效能的特点，能够将氢气和氧气直接转化为电能，转化效率可高达60%以上，远高于传统燃烧发电的效率。

2. 清洁环保：质子交换膜燃料电池的排放物只有水，不产生任何有害气体和颗粒物，对环境污染非常小。

3. 快速启动：质子交换膜燃料电池具有快速启动的特点，启动时间仅需几秒钟，适用于应急电源等领域。

4. 低噪音：质子交换膜燃料电池的工作过程非常安静，噪音水平远低于传统燃烧发电设备。

三、应用现状1. 交通运输领域：我国将质子交换膜燃料电池作为新能源汽车的重要发展方向，大力推广燃料电池汽车。

目前，我国已经建成多个燃料电池汽车充电站，并投入使用一批燃料电池公交车。

2. 电力供应领域：质子交换膜燃料电池可以作为电力供应的备用电源或峰值调峰电源，可以提供可靠的电力支持。

目前，我国已经建成多个质子交换膜燃料电池电站，并投入运营。

3. 无人机领域：质子交换膜燃料电池具有轻巧、高能量密度的特点，适用于无人机等载荷要求高的领域。

我国已经成功应用质子交换膜燃料电池技术在无人机上，提供长时间、高效能的动力支持。

4. 科研领域：质子交换膜燃料电池在科研领域也得到了广泛应用，用于供电实验设备、传感器等。

其高效能、清洁环保的特点使其成为科研实验的理想能源选择。

四、发展前景我国质子交换膜燃料电池的发展前景非常广阔。

非氟聚合物质子交换膜的研究进展非氟聚合物质子交换膜作为一种新型的离子传输材料，具有较高的导电性能、优异的稳定性和良好的选择性。

近年来，非氟聚合物质子交换膜研究取得了一系列的进展。

本文将从材料合成方法、性能优化、应用领域等方面进行综述。

首先，非氟聚合物质子交换膜的合成方法得到了不断改进。

传统的合成方法包括溶液聚合法、膜相转移聚合法和界面聚合法等。

其中，溶液聚合法是最常用的方法之一，通过将单体和交联剂溶于合适的溶剂中，经过聚合反应形成膜状产物。

此外，还有一些新的合成方法被提出，如原位离子聚合法、模板聚合法、点击化学反应法等。

这些新方法能够通过调控材料的结构和形貌，使得交换膜具有更好的导电性能和稳定性。

其次，针对非氟聚合物质子交换膜的性能优化进行了深入研究。

在导电性能方面，主要从提高离子交换能力、减小内电阻和提高质子迁移速率等方面进行优化。

常用的方法包括掺杂、交联、添加导电填料等。

例如，在掺杂方面，研究人员发现通过添加酸、碱等掺杂剂，可以提高材料的离子交换能力和导电性能。

在交联方面，通过引入交联剂，可以增加材料的稳定性和机械强度。

在添加导电填料方面，例如导电纳米颗粒、导电聚合物等，可以提高材料的导电性能和机械强度。

此外，还有一些新型的性能优化策略被提出，如构建多孔结构、表面修饰等。

最后，非氟聚合物质子交换膜在多个领域中得到了广泛应用。

其中，最为典型的应用是燃料电池领域。

非氟聚合物质子交换膜作为燃料电池的重要组件，对电池的性能有着重要影响。

除此之外，非氟聚合物质子交换膜还广泛应用于脱盐、电分离、电化学传感器等领域。

在脱盐领域，非氟聚合物质子交换膜可以通过离子交换将溶液中的离子分离出来，达到脱盐的目的。

在电分离领域，非氟聚合物质子交换膜可以通过离子交换分离出溶液中不同极性离子，实现电分离和电浓缩。

在电化学传感器领域，非氟聚合物质子交换膜可以将被测溶液的离子传输到电极上，从而实现对电化学信号的检测和分析。

综上所述，非氟聚合物质子交换膜的研究进展取得了许多重要成果，包括合成方法的改进、性能的优化以及广泛的应用。

㊀收稿日期:２０２３－０２－０２基金项目:国家自然科学基金面上项目(２１６７６２８２)作者简介:肖伟(１９８２－)ꎬ男ꎬ辽宁沈阳人ꎬ副教授ꎬ研究方向:高分子隔膜材料㊁分离膜材料.㊀∗通信作者:肖伟ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｎｕａａｘｉａｏｗｅｉ＠１６３.ｃｏｍ.㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀㊀自然科学版第５１卷㊀第１期㊀２０２４年ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＡＯＮＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎＶｏｌ.５１㊀Ｎｏ.１㊀２０２４全钒液流电池用质子交换膜的研究进展肖㊀伟∗ꎬ孟昭函ꎬ宋云东(辽宁石油化工大学石油化工学院ꎬ辽宁抚顺１１３００１)摘㊀要:作为高效率的大型储能系统ꎬ全钒液流电池(ＶＦＢ)系统可满足新能源领域的大规模储能需求ꎬ显示出优越的发展前景.质子交换膜(ＰＥＭｓ)是ＶＦＢ系统的关键组成材料ꎬ在一定程度上直接影响ＶＦＢ的充放电性能㊁使用寿命及成本.开发兼具良好质子传导性㊁阻钒性和价格低廉的质子交换膜材料显得尤为重要.基于质子交换膜的组成材料和制备方法ꎬ本文对近年国内外ＶＦＢ用质子交换膜的研究进展进行了分类总结ꎬ并进一步阐述了未来质子交换膜的研究重点和发展方向.关键词:全钒液流电池ꎻ质子交换膜ꎻ组成材料ꎻ制备方法ꎻ电池性能中图分类号:ＴＭ９１２ꎻＯ６４６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１０００－５８４６(２０２４)０１－００１６－０８ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒＶａｎａｄｉｕｍＦｌｏｗＢａｔｔｅｒｙＸＩＡＯＷｅｉ∗ꎬＭＥＮＧＺｈａｏ￣ｈａｎꎬＳＯＮＧＹｕｎ￣ｄｏｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＬｉａｏｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＦｕｓｈｕｎ１１３００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ａｓａｈｉｇｈ￣ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍꎬｖａｎａｄｉｕｍｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ(ＶＦＢ)ｓｙｓｔｅｍｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｄｅｍａｎｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙꎬｓｈｏｗｉｎｇａｓｕｐｅｒｉｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔ.Ｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓ(ＰＥＭｓ)ａｒｅｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆＶＦＢｓｙｓｔｅｍꎬｗｈｉｃｈｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓꎬｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅａｎｄｃｏｓｔｏｆＶＦＢｓｙｓｔｅｍ.ＩｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｄｅｖｅｌｏｐｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰＥＭｓｗｉｔｈｇｏｏｄｐｒｏｔｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙꎬｖａｎａｄｉｕｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｌｏｗｐｒｉｃｅ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆＰＥＭｓꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｓａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒＶＦＢｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓꎬａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｅｌａｂｏｒａｔｅｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｖａｎａｄｉｕｍｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙꎻｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓꎻｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄꎻｂａｔｔｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ㊀㊀０㊀引言目前ꎬ传统化石能源的不可再生性和环境污染等问题促使全球能源结构转型ꎬ更高效㊁更清洁地开发和利用可再生资源是我国及世界各国实现能源结构转型的必经之路.风能㊁太阳能等受时间㊁地域及天气等多种不可控因素影响ꎬ需要安全稳定的储能系统来帮助其突破不可全天候高效工作的壁垒ꎬ提高能源结构转型的效率和质量.２０世纪８０年代ꎬＳｋｙｌｌａｓ￣Ｋａｚａｃｏｓ等[１]首先提出了全钒液流电池(ＶＦＢ)的概念ꎬ该类电池的能量存储于电解液中ꎬ可通过改变电解液浓度和体积来改变电池的容量.该类电池具有大电流快速充放电的能力ꎬ同时具有优越的安全性和环保性.近年来ꎬ多项兆瓦级的ＶＦＢ示范工程得到推广ꎬ显示出较好的社会效益和经济效益.ＶＦＢ主要由正负极室㊁集流板和质子交换膜组成ꎬ示意图见图１.图１㊀ＶＦＢ示意图[２]其电解液为Ｖ４＋/Ｖ５＋(正极)和Ｖ２＋/Ｖ３＋(负极)的硫酸混合溶液ꎬ钒离子在电极表面发生氧化还原反应ꎬ其电池反应如下:阳极反应:ＶＯ２＋＋Ｈ２Ｏ－ｅ－＝ＶＯ＋２＋２Ｈ＋阴极反应:Ｖ３＋＋ｅ－＝Ｖ２＋总反应:ＶＯ２＋＋Ｈ２Ｏ＋Ｖ３＋＝ＶＯ＋２＋２Ｈ＋＋Ｖ２＋ＶＦＢ用质子交换膜应具有优异的质子传输性㊁阻钒性㊁耐腐蚀性㊁耐氧化性以及低成本性等特点.在电池运行过程中ꎬ正负极室的钒离子若透过膜发生交叉污染ꎬ会导致电池严重的自放电ꎬ加速电池的容量衰减.基于上述性能要求ꎬ近年来关于ＶＦＢ用质子交换膜的基础研究和产业应用研究受到广泛关注ꎬ并获得了长足发展ꎬ本文对近年国内外研究者的相关研究成果进行总结和归纳ꎬ并阐述膜材料的未来发展趋势.１㊀全氟磺酸树脂基(ＰＦＳＡ)质子交换膜全氟磺酸类质子交换膜是最先在ＶＦＢ领域实现产业化应用的膜材料ꎬ如美国杜邦公司(ＤｕＰｏｎｔ)生产的Ｎａｆｉｏｎ系列全氟磺酸质子交换膜.全氟磺酸树脂的分子链骨架由Ｃ Ｆ键构成ꎬ能有效保护Ｃ Ｃ主链在电化学反应中不被氧化ꎬ从而保证树脂良好的化学稳定性[３].同时由于磺酸根是阴离子ꎬ具有良好的阳离子透过性.此外ꎬ全氟烷基醚侧链携带磺酸基团可形成离子簇ꎬ其亲水通道可供质子通过.但是ꎬＮａｆｉｏｎ膜具有较低的离子选择性ꎬ导致钒离子渗透现象严重ꎬ能量损失ꎬ寿命缩短ꎬ自放电问题加速了ＶＦＢ的容量衰减ꎬ而高昂的成本等制约了Ｎａｆｉｏｎ膜的大规模应用.为了使Ｎａｆｉｏｎ膜能在ＶＦＢ中发挥更好的作用ꎬ国内外研究者开展了大量的Ｎａｆｉｏｎ膜改性研究工作ꎬ并取得了较好的效果.本部分围绕不同材料与全氟磺酸树脂杂化制备复合膜对Ｎａｆｉｏｎ改性研究进展进行总结.１.１㊀有机材料对Ｎａｆｉｏｎ膜改性Ｎａｆｉｏｎ膜中的磺酸基团吸水后发生溶胀现象ꎬ会增大钒离子透过率ꎬ通过向Ｎａｆｉｏｎ膜中复合有机物填充膜内的孔结构ꎬ可提升复合膜的阻钒性能.Ｔｅｎｇ等[４]制备了新型Ｎａｆｉｏｎ/有机改性硅杂化膜ꎬ该膜具有良好的阻钒性和较低的自放电率.在６０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下进行１００次循环后ꎬＶＦＢ的能量效率(ＥＥ)为８７.４％ꎬ与传统Ｎａｆｉｏｎ膜相比ꎬＶＦＢ性能显著提高.Ｋｉｍ等[５]通过在Ｎａｆｉｏｎ膜表面逐层叠加改性剂的方法对Ｎａｆｉｏｎ２１２膜进７１㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀伟ꎬ等:全钒液流电池用质子交换膜的研究进展㊀㊀行改性以提高膜的性能.该层状改性剂由纳米纤维素纳米晶(ＣＮＣ)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(ＰＤＤＡ)两种成分通过简单的一层一层(ＬＢＬ)的浸没过程来改性膜ꎬ堆叠示意图见图２(ａ).ＣＮＣ可以保护膜免受ＶＦＢ电解液强酸性的影响ꎬＰＤＤＡ起到Ｎａｆｉｏｎ和ＣＮＣ的桥接作用ꎬ通过静电斥力抑制钒离子的交叉影响.结果发现ꎬＰＤＤＡ－ＣＮＣ的最优层数是２０层ꎬＮａｆｉｏｎ－(ＰＤＤＡ/ＣＮＣ)２０(形貌见图２(ｂ))可以使ＶＦＢ的性能提高且ＶＦＢ循环性能优于原始膜.图２㊀文献[５]引用的复合膜制备工艺及截面微观形貌[５]注:ＳＥＭ为扫描电子显微镜Ｌｕｏ等[６]制备了聚醚酰亚胺(ＰＥＩ)/Ｎａｆｉｏｎ复合膜ꎬ由于ＰＥＩ对钒离子的排斥作用ꎬ钒离子的渗透性得到限制ꎬＶＦＢ的电流效率(ＣＥ)从９３.８％提高至９６.２％以上.Ｈｕａｎｇ等[７]通过原位溶胶－凝胶法制备了Ｎａｆｉｏｎ１１７/ＳｉＯ２－ＳＯ３Ｈ复合膜ꎬ单电池最大ＣＥ为９４％ꎬＥＥ为８２％ꎬ对比未改性Ｎａｆｉｏｎ１１７膜有较大幅度提升.Ｙｕ等[８]制备了Ｎａｆｉｏｎ/氧化石墨烯杂化膜ꎬ石墨烯有效地提高了杂化膜的机械性能ꎬ并发挥了良好的阻钒作用ꎬ该膜在８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下的ＥＥ为８５％ꎬＣＥ为９６％.Ｍａｉ等[９]制备了Ｎａｆｉｏｎ/聚偏氟乙烯复合膜ꎬ降低了膜的溶胀程度ꎬ进而降低了钒离子的透过率ꎬ同时又保持了较高的质子透过速率ꎬ与纯Ｎａｆｉｏｎ膜相比ꎬ复合膜的电池库仑效率有所提高.１.２㊀无机材料对Ｎａｆｉｏｎ膜改性除了有机材料可以与Ｎａｆｉｏｎ复合制备质子交换膜外[１０－１１]ꎬ无机材料也可与Ｎａｆｉｏｎ膜进行有效复合ꎬ与有机材料复合的原理类似ꎬ向Ｎａｆｉｏｎ膜中复合无机材料可以调控复合膜的微结构ꎬ进而优化膜的离子透过性.Ｎａｆｉｏｎ膜中离子通道固有的大尺寸导致膜的钒离子渗透严重ꎬ能量损失严重ꎬ寿命缩短ꎬ阻碍了其进一步发展.因此ꎬ许多研究者已经在ＰＦＳＡ膜的性能优化方面作出努力.Ｗａｎｇ等[１２]制备了具有降低界面电阻特性的碳纳米管(ＣＮＴ)增强的Ｎａｆｉｏｎ膜(ＣＮＴ/Ｎ)ꎬ并用于钒氧化还原液流电池.ＣＮＴ的增强有效地强化了Ｎａｆｉｏｎ膜的拉伸性能.电化学阻抗(ＥＩＳ)测量表明ꎬ复合膜表面暴露的ＣＮＴ显著降低了膜的界面电阻.在４０ｍＡ ｃｍ－２的电流密度下ꎬＣＮＴ/Ｎ的ＶＦＢ单电池性能显示出比Ｎａｆｉｏｎ膜的电池更高的电压效率(９３％对８９％)和能量效率(８６％对８３％).一些研究者也会选用纳米材料为填料以减少钒离子的渗透.Ｌｉｎ等[１３]使用氨基二氧化硅通过溶胶－凝胶法修饰Ｎａｆｉｏｎ膜ꎬ膜的性能得到了一定程度的改善ꎬ膜的表面形成颗粒层以减少钒离子的渗透.曾四秀[１４]采用ＳｉＯ２与聚合物均匀混合制备了Ｎａｆｉｏｎ/ＳｉＯ２纳米复合膜ꎬ当ＳｉＯ２质量分数为５％㊁２７０ħ高温处理时ꎬ复合膜的综合性能最优.该膜在６５ｍＡ ｃｍ－２的电流密度下循环１００次ꎬＶＦＢ电池的ＥＥ保持在８３％以上.Ｗａｎｇ等[１５]制备Ｎａｆｉｏｎ/ＴｉＯ２复合膜ꎬ该膜在６０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ＶＦＢ电池的ＥＥ为８８.８％ꎬＣＥ为７１.５％ꎬ较Ｎａｆｉｏｎ膜分别提升了２.９０％和２.５８％.然而ꎬ由于静电相互作用或高比表面能ꎬ一些填料如氧化石墨烯[８]容易发生团聚ꎬ导致较差的分散性ꎬ较难获得均匀且循环稳定性好的复合膜.因此ꎬ开发一种包含高度分散填料的基于ＰＦＳＡ的混合膜ꎬ该膜具有高质子电导率和在ＶＦＢ电池运行期间对氧化ＶＯ＋２离子的良好耐久性ꎬ仍然是一个巨大的挑战.碳化硅(ＳｉＣ)是一种陶瓷材料ꎬ因其具有高亲水性和优异的稳定性而备受关注[１６].然而ꎬＳｉＣ不８１㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２４年㊀㊀㊀㊀含离子交换基团ꎬ不能传导质子.尽管将其添加到聚合物基质中可以减少钒离子的渗透ꎬ但会导致膜电阻急剧上升ꎬ从而导致电池穿孔.填料的功能化是解决这一问题的有效策略之一.Ｙｅ等[１７]采用超薄多孔聚四氟乙烯(ＰＴＦＥ)层被ＰＦＳＡ聚合物与官能化碳化硅(ｆ－ＳｉＣ)纳米线(见图３)夹在中间的方法ꎬ获得ＰＴＦＥ＠ＰＦＳＡ/ｆ－ＳｉＣ复合膜.相比于Ｎａｆｉｏｎ２１２膜ꎬ应用该膜的ＶＦＢ单电池具有高库仑效率(高达９６.２％)㊁高能效(高达８７.１％)和良好的循环稳定性(１０００循环ꎬ超过２３３.４ｈ).ＰＦＳＡ基体中具有磺酸基的ｆ－ＳｉＣ纳米线提供了更多的路径来促进质子的传输.ＰＴＦＥ层用于抑制溶胀率并提高膜的稳定性.该复合膜有望减少钒离子的渗透并增强离子选择性ꎬ从而改善ＶＦＢ电池的性能.图３㊀文献[１７]引用的两种纳米材料的微观形貌[１７]Ｙａｎｇ等[１８]在Ｎａｆｉｏｎ膜表面复合一层较薄的沸石粒子层ꎬ得到Ｎａｆｉｏｎ－沸石复合膜ꎬ该膜具有较好的离子透过选择性ꎬ所装配ＶＦＢ在６０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下的ＥＥ为７７％.崔传敏[１９]制备了ＭＦＩ沸石掺杂的Ｎａｆｉｏｎ－沸石复合膜.沸石质量分数为５.０％(ｍＳｉ/ｍＡｌ＝１１)的复合膜在高电流密度下表现出良好的电池性能.Ａｚｉｚ等[２０]制备了Ｎａｆｉｏｎ/ＺｒＯ２纳米管(ＺｒＮＴ)复合膜ꎬ该膜在４０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下进行１００次循环ꎬＶＦＢ电池的ＥＥ和ＣＥ与纯膜相比也显著提升ꎬ说明其离子透过性和选择性得到优化.２㊀非氟类质子交换膜聚苯并咪唑(ＰＢＩ)㊁聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)㊁聚砜(ＰＳＦ)等树脂材料具有价格低廉㊁机械性能好等优良特性ꎬ可通过磺化㊁季铵化等方法制备具有离子传导能力的非氟类质子交换膜.本部分对几种非氟类质子交换膜的相关研究进行阐述.２.１㊀聚苯并咪唑(ＰＢＩ)ＰＢＩ膜具有良好的机械性能和一定的阻钒性ꎬ但本身质子传导性能较差ꎬ常通过掺杂酸来提高其电导率[２１]ꎬ被先后应用于燃料电池和液流电池领域.Ｙｕａｎ等[２２]制备了ＰＢＩ质子交换膜ꎬ由于Ｄｏｎｎａｎ效应ꎬ该膜具有良好的阻钒性及较高的电导率.在８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ其ＣＥ稳定在９８.８７％ꎬＥＥ稳定在９０.１１％ꎬ经历１３０００次循环后效率无明显衰减.Ｗｕ等[２３]制备了ＰＢＩ/１－丁基－３－甲基咪唑四氟硼酸盐(ＢＦ４－２０)复合膜ꎬ由于氢键的存在ꎬ该膜具有良好的理化稳定性以及质子传导性.在４０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ该膜装配ＶＦＢ电池的ＣＥ稳定在９９％ꎬＥＥ稳定在９２％ꎬ经历１０００次循环后电池效率无明显衰减.卫浩[２４]制备了聚乙烯(ＰＥ)/ＰＢＩ复合膜ꎬ其中ＰＥ发挥增强作用ꎬＰＢＩ树脂分布在骨架的多孔结构中ꎬ经过磷酸化后发挥离子传导功能.在１８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ该膜的ＣＥ稳定在９９％ꎬＥＥ稳定在８０％ꎬ经历１５０次循环后ＣＥ和ＥＥ无明显衰减ꎬ且在２００ｍＡ ｃｍ－２高电流密度下ꎬＥＥ值仍达到８０.１１％ꎬ该复合膜与纯ＰＢＩ膜及Ｎａｆｉｏｎ２１２膜相比自放电情况显著改善.宋西鹏等[２５]制备了ＰＢＩ/聚乙烯吡咯烷酮(ＰＶＰ)复合膜ꎬ其中ＰＢＩ/ＰＶＰ－５(ＰＶＰ质量分数为５％)复合膜在１００ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ膜的ＣＥ达到９９％ꎬＥＥ达到７０.９０％.２.２㊀磺化聚醚醚酮(ＳＰＥＥＫ)ＳＰＥＥＫ膜被认为是最有可能代替传统Ｎａｆｉｏｎ膜应用于ＶＦＢ领域的隔膜.ＳＰＥＥＫ因其无污染ꎬ具有相对高的质子导电性㊁较好的机械性能㊁良好的热稳定性ꎬ且ＳＰＥＥＫ较为廉价等特点ꎬ在复合增强质子交换膜研究领域也是一大热点[２６].Ｙｕａｎ等[２７]制备的ＳＰＥＥＫ膜显示出较高的ＣＥ和ＥＥ以及９１㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀伟ꎬ等:全钒液流电池用质子交换膜的研究进展㊀㊀良好的阻钒性能.Ｋｈａｎ等[２８]通过改变在磺化聚苯醚(ＳＰＰＯ)中ＳＰＥＥＫ的量ꎬ设计了系列混合ＳＰＥＥＫ/ＳＰＰＯ膜.与Ｎａｆｉｏｎ１１７相比ꎬＳＰＥＥＫ/ＳＰＰＯ膜具有更强的机械稳定性ꎬ当加入ＳＰＰＯ的质量分数从０增加到１００％时ꎬ质子交换率从３５ｍＳ ｃｍ－１增至８４ｍＳ ｃｍ－１ꎬ且吸水率和溶胀率都有所提高.为提高ＳＰＥＥＫ膜性能ꎬ研究者们还通过复合其他材料进行改性ꎬ使其更适合ＶＦＢ.张强[２９]制备了ＳＰＥＥＫ与不同类型沸石共混的复合膜ꎬ并通过球磨方法改变沸石形貌ꎬ得到致密均匀的复合膜.研究发现ꎬ掺杂ＬｉｎｄｅＴｙｐｅ－Ａ(ＬＴＡ)沸石增加了复合膜的酸性位点ꎬ既提高了膜的质子传输速率ꎬ也造成了钒离子的快速渗透ꎻＮＨ４－Ａ沸石的加入没有引入酸性位点ꎬ但氨基会与ＳＰＥＥＫ中的磺酸基团作用导致其数量减少.但与纯ＳＰＥＥＫ膜相比ꎬ该类复合膜的稳定性和机械性能都有显著提高.Ｃｈｅｎ等[３０]制备了聚醚砜(ＰＥＳ)/ＳＰＥＥＫ复合膜ꎬ在８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ该膜的ＣＥ为９４.５２％ꎬＥＥ为８１.６６％.Ｙｉｎ等[３１]分别制备了ＳＰＥＥＫ/Ａｌ２Ｏ３㊁ＳＰＥＥＫ/ＳｉＯ２㊁ＳＰＥＥＫ/ＴｉＯ２复合膜.氧化物降低了钒离子透过率ꎬ结果发现质量分数为５％氧化物的复合膜性能最好ꎬ在８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ相比传统Ｎａｆｉｏｎ膜ꎬ该膜具有更高的ＥＥ.Ｊｉａ等[３２]制备了ＳＰＥＥＫ/短羧基多壁碳纳米管(ＳＣＣＴ)复合膜ꎬ该膜具备良好的机械性能㊁较低的钒离子透过率和较高的ＣＥ和ＥＥ.２.３㊀磺化聚酰亚胺(ＳＰＩ)同ＰＢＩ一样ꎬＳＰＩ最先被应用于燃料电池领域ꎬ后由于其经济性与合成便捷性等优点ꎬ也被应用于ＶＦＢ领域.Ｙｕｅ等[３３]制备了六元环ＳＰＩ膜ꎬ该膜的阻钒能力与Ｎａｆｉｏｎ膜相比大幅度增加.为了提高ＳＰＩ膜的性能ꎬ人们利用不同物质对其修饰以提升其综合性能.Ｙｕｅ等[３４－３５]进一步制备了ＳＰＩ/壳聚糖(ＣＳ)复合膜.其中ＳＰＩ/ＣＳ－２４复合膜具有最优的性能ꎬ不仅钒离子透过率远远低于传统Ｎａｆｉｏｎ膜ꎬ质子选择性也呈倍数增长ꎬ同时也保证了优质的电导率[３６].在８０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬ该膜的ＣＥ为９７.８％ꎬＥＥ为８８.６％ꎬ与Ｎａｆｉｏｎ１１７膜相比分别增加了２.３％和３.１％.Ｃａｏ等[３７]制备了ＳＰＩ/氧化石墨烯(ＧＯ)复合膜ꎬ并分别对ＧＯ进行两性改性ꎬ由于Ｄｏｎｎａｎ效应ꎬ钒离子透过率大大降低ꎬ同时电导率有一定提升.Ｙｕａｎ等[３８]制备了ＳＰＩ/聚偏氟乙烯(ＰＶＤＦ)复合膜ꎬＳＰＩ质量分数为４０％时复合膜表面最均匀ꎬ性能最佳ꎬ电导率比传统Ｎａｆｉｏｎ１１７膜提升了２１％.２.４㊀金属有机框架材料(ＭＯＦｓ)杂化膜由金属离子和有机接头构成的金属有机骨架ＭＯＦｓꎬ由于其多孔结构和酸稳定性在过去几年中引起了极大的关注[３９].它是一种自组装形成的有机－无机多孔杂化材料ꎬ稳定性好ꎬ可通过设计结构来改变材料的性能ꎬ其孔径可以调整到质子和钒离子的大小之间ꎬ从而在不阻碍质子运动的情况下为钒离子交叉创造障碍[４０－４１].但是ꎬ大多数ＭＯＦｓ中缺乏质子传导基团ꎬ仍可能导致复合膜表现出较低的质子电导率.为了解决这一问题ꎬ陈戚[４２]以ＳＰＩ为基体材料ꎬ制备了ＳＰＩ/ＵＩＯ－６６－ＮＨ２杂化膜.ＵＩＯ－６６－ＮＨ２是一种Ｚｒ基ＭＯＦｓꎬ其具有优异的酸稳定性和合适的孔径(０.５２ｎｍ)ꎬ范围在Ｈ５Ｏ＋２(０.２４ｎｍ)和水合钒离子(>０.６ｎｍ)之间[３９]ꎬ将其与ＳＰＩ复合所得的质子膜具有良好的阻钒性能ꎬ研究发现膜中ＵＩＯ－６６－ＮＨ２质量分数为１％时得到了性能最好的杂化膜.该膜在１２０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下的ＥＥ为８５.４２％ꎬ自放电时间达５７ｈꎬ远高于Ｎａｆｉｏｎ１１５膜.Ｙａｎｇ等[４３]将磷钨酸(ＨＰＷ)通过静电相互作用吸收至ＵＩＯ－６６－ＮＨ２ꎬ再与Ｎａｆｉｏｎ复合成膜ꎬ结果表明质子电导率显著增加ꎬ但观察到ＨＰＷ会从膜中泄漏.于是ꎬ通过使用 固体封闭转化 过程ꎬ将受限的固体金属源在有机溶液中转化为ＭＯＦꎬＧｕｏ等[４４]首先通过将带负电荷的单链ＤＮＡ组装到带正电荷的氢氧化锌纳米链(ＺＨＮｓ)的表面上ꎬ然后将其浸入２－甲基咪唑溶液中ꎬ最终制备了ＤＮＡ＠ＺＩＦ－８杂化膜复合薄膜ꎬ形貌见图４ꎬ在９７％相对湿度(ＲＨ)㊁２５ħ下ꎬ复合膜的质子电导率达到３.４０ˑ１０－４Ｓ ｃｍ－１.０２㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２４年㊀㊀㊀㊀图４㊀文献[４４]引用的各种复合材料微观形貌图[４４]注:ＳＥＭ为扫描电子显微镜ꎻＴＥＭ为透射电子显微镜.㊀㊀通过将具有质子传导基团的线性聚合物结合到ＭＯＦｓ的孔中ꎬ可以构造连续的纳米通道以促进质子传输ꎬ实现高质子传导性.然而ꎬ上述固体约束转换过程[４３]需要使用特定类型的ＭＯＦｓ材料ꎬ这将不可避免地限制其在质子交换膜制造中的进一步应用.Ｚｈａｉ等[４５]通过在ＵＩＯ－６６－ＮＨ２孔中浸渍的磺化单体的原位聚合ꎬ制备了带有聚苯乙烯磺酸(ＰＳＳＡ)(Ｓ－ＵＩＯ)的ＵＩＯ－６６－ＮＨ２ꎬ结构见图５(ａ).将Ｓ－ＵＩＯ掺入ＳＰＥＥＫ中ꎬ增加了ＳＰＥＥＫ/Ｓ－ＵＩＯ复合膜的亲水结构域的大小和相分离的程度ꎬ从而显著提高了质子电导率ꎬ离子分离机理见图５(ｂ).Ｓ－ＵＩＯ还充当钒离子渗透的屏障.结果表明ꎬ具有质量分数１５％Ｓ－ＵＩＯ的ＳＰＥＥＫ/Ｓ－ＵＩＯ膜表现出高于ＳＰＥＥＫ基膜６３％的质子电导率和低于ＳＰＥＥＫ基膜８３％低钒渗透率.这极大改善了应用复合膜电池的性能ꎬ在１２０ｍＡ ｃｍ－２电流密度下ꎬＶＦＢ具有８３.９％的优异ＥＥꎬ远高于ＳＰＥＥＫ膜(７７.３％).此外ꎬＬｉ等[４６]制备了ＳＰＩ/Ｓ－ＭｏＳ２复合膜ꎬ该膜具备良好的离子选择性ꎬ钒离子透过率较低.且该膜具备良好的机械性能ꎬ经历５００次充放电循环后ＶＦＢ性能未发生衰减.相比于全氟磺酸类质子交换膜ꎬ非氟类质子交换膜的价格更低ꎬ未来推广的前景更广阔.图５㊀文献[４５]引用的复合材料结构及离子分离过程示意图３㊀结语世界能源结构向更清洁㊁更绿色的方向转变为大势所趋ꎬＶＦＢ作为可应用于多领域的大型储能系统ꎬ正成为人们研究的热点.作为影响ＶＦＢ性能的关键材料ꎬ优质的质子交换膜是人们迫切需要的.全氟磺酸树脂基质子交换膜质子传导性较好ꎬ但价格昂贵ꎬ制备方法复杂.非氟类质子交换膜也是近年来研究的热点ꎬ人们基于纯膜进行了许多改性尝试ꎬ其优点为成本低ꎬ但是稳定性较差ꎬ能否１２㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀伟ꎬ等:全钒液流电池用质子交换膜的研究进展㊀㊀进行长期大规模应用仍有待考证.此外ꎬ人们对于膜的制备方法也进行了研究ꎬ不仅提高了传统膜的性能ꎬ也为后续纯膜改性的研究提供了新的思路.参考文献:[１]㊀Ｓｋｙｌｌａｓ￣ＫａｚａｃｏｓＭꎬＲｙｃｈｃｉｋＭꎬＲｏｂｉｎｓＲＧꎬｅｔａｌ.Ｎｅｗａｌｌ￣ｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｃｅｌｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９８６ꎬ１３３(５):１０５７－１０５８.[２]㊀朱顺泉ꎬ孙娓荣ꎬ汪钱ꎬ等.大规模蓄电储能全钒液流电池研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２００７ꎬ２６(２):２０７－２１１.[３]㊀ＡｂｋａｒＺꎬＯｊａｎｉＲꎬＲａｏｏｆＪＢꎬｅｔａｌ.Ｓｔａｂｌｅａｎｄｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＮ￣ｍｉｃｒｏ/ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎ￣ｓｕｐｐｏｒｔｅｄＰｔ/Ｃｏｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ￣ＧＤＥｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎＰＥＭＦＣ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇｙꎬ２０２２ꎬ４７(４４):１９２５２－１９２６２.[４]㊀ＴｅｎｇＸＧꎬＺｈａｏＹＴꎬＸｉＪＹꎬｅｔａｌ.Ｎａｆｉｏｎ/ｏｒｇａｎｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｌｉｃａｔｅｈｙｂｒｉｄｓｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２００９ꎬ１８９(２):１２４０－１２４６.[５]㊀ＫｉｍＭꎬＨａＤꎬＣｈｏｉＪ.Ｎａｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ￣ｍｏｄｉｆｉｅｄＮａｆｉｏｎ２１２ｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆｔｈｅＫｏｒｅａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１９ꎬ４０(６):５３３－５３８.[６]㊀ＬｕｏＱＴꎬＺｈａｎｇＨＭꎬＣｈｅｎＪꎬｅｔａｌ.ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＮａｆｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｕｓｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００８ꎬ３１１(１/２):９８－１０３.[７]㊀ＨｕａｎｇＳＬꎬＹｕＨＦꎬＬｉｎＹＳ.ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＮａｆｉｏｎ®ｍｅｍｂｒａｎｅｖｉａａｓｏｌ￣ｇｅｌｒｏｕｔｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１７ꎬ２０１７:４５９０９５２.[８]㊀ＹｕＬＨꎬＬｉｎＦꎬＸｕＬꎬｅｔａｌ.ＡｒｅｃａｓｔＮａｆｉｏｎ/ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１６ꎬ６(５):３７５６－３７６３.[９]㊀ＭａｉＺＳꎬＺｈａｎｇＨＭꎬＬｉＸＦꎬｅｔａｌ.Ｎａｆｉｏｎ/ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅｂｌｅｎｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１１ꎬ１９６(１３):５７３７－５７４１.[１０]㊀ＺｈａｎｇＬＳꎬＬｉｎｇＬꎬＸｉａｏＭꎬｅｔａｌ.ＥｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｖａｎａｄｉｕｍｐｅｒｍｅａｔｉｏｎｉｎｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｍｏｄｉｆｉｅｄＮａｆｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｗｉｔｈｎａｃｒｅ￣ｌｉｋｅｎａｎｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１７ꎬ３５２:１１１－１１７.[１１]㊀ＺｈａｏＳＸꎬＺｈａｎｇＬＪꎬＷａｎｇＹＸ.ＥｎｈａｎｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＮａｆｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｔｈｒｏｕｇｈｉｏｎｏｍｅｒｓｅｌｆ￣ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１３ꎬ２３３:３０９－３１２.[１２]㊀ＷａｎｇＣＨꎬＬｉｕＸＬꎬＫｅｓｅｒＤｅｍｉｒＮꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｗａｔｅｒｓｔａｂｌｅｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１６ꎬ４５(１８):５１０７－５１３４.[１３]㊀ＬｉｎＣＨꎬＹａｎｇＭＣꎬＷｅｉＨＪ.Ａｍｉｎｏ￣ｓｉｌｉｃａｍｏｄｉｆｉｅｄＮａｆｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１５ꎬ２８２:５６２－５７１.[１４]㊀曾四秀.Ｎａｆｉｏｎ改性的全钒液流电池用离子交换膜的制备及性能研究[Ｄ].武汉:武汉理工大学ꎬ２０１８.[１５]㊀ＷａｎｇＮＦꎬＰｅｎｇＳꎬＬｕＤꎬｅｔａｌ.Ｎａｆｉｏｎ/ＴｉＯ２ｈｙｂｒｉｄｍｅｍｂｒａｎｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｖｉａｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１２ꎬ１６(４):１５７７－１５８４.[１６]㊀ＳｈｉＭＱꎬＤａｉＱꎬＬｉＦꎬｅｔａｌ.Ｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｗｅｌｌ￣ｄｅｆｉｎｅｄｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｙｅｒｒｅｇｕｌａｔｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｌｖｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０２０ꎬ１０(３４):２００１３８２.[１７]㊀ＹｅＪＹꎬＹｕＳＨꎬＺｈｅｎｇＣＨꎬｅｔａｌ.Ａｄｖａｎｃｅｄｈｙｂｒｉｄｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙｃｒｅａｔｅｄｂｙｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅｌａｙｅｒａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｎａｎｏｗｉｒｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌꎬ２０２２ꎬ４２７:１３１４１３.[１８]㊀ＹａｎｇＲＤꎬＣａｏＺＳꎬＹａｎｇＳＷꎬｅｔａｌ.Ｃｏｌｌｏｉｄａｌｓｉｌｉｃａｌｉｔｅ￣Ｎａｆｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘ￣ｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ４８４:１－９.[１９]㊀崔传敏.全钒液流储能电池复合Ｎａｆｉｏｎ?隔膜的制备与性能研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２０１６.[２０]㊀ＡｚｉｚＭＡꎬＳｈａｎｍｕｇａｍＳ.Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅ￣Ｎａｆｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒａｌｌｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１７ꎬ３３７:３６－４４.[２１]㊀ＬｏｂａｔｏＪꎬＣａñｉｚａｒｅｓＰꎬＲｏｄｒｉｇｏＭＡꎬｅｔａｌ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙ[２ꎬ２－(ｍ￣ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ)－５ꎬ５－ｂｉｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ]ａｓｐｏｌｙｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰＥＭＦＣｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００６ꎬ２８０(１/２):３５１－３６２.[２２]㊀ＹｕａｎＺＺꎬＤｕａｎＹＱꎬＺｈａｎｇＨＺꎬｅｔａｌ.Ａｄｖａｎｃｅｄｐｏｒｏｕｓｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１６ꎬ９(２):４４１－４４７.[２３]㊀ＷｕＧＭꎬＬｉｎＳＪꎬＹａｎｇＣＣ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｉｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇａｌｋａｌｉｎｅｎｏｎ￣ｗｏｖｅｎ２２㊀㊀㊀辽宁大学学报㊀㊀自然科学版２０２４年㊀㊀㊀㊀ｍｅｍｂｒａｎｅｓｂｙｓｕｌｆｏｎａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００６ꎬ２８４(１/２):１２０－１２７.[２４]㊀卫浩.基于聚苯并咪唑的新型全钒液流电池用质子交换膜的制备与研究[Ｄ].沈阳:辽宁大学ꎬ２０２０.[２５]㊀宋西鹏ꎬ刘金宇ꎬ王丽华ꎬ等.聚苯并咪唑/聚乙烯吡咯烷酮复合质子交换膜的制备及钒液流电池性能[Ｊ].高等学校化学学报ꎬ２０１９ꎬ４０(７):１５４３－１５５１.[２６]㊀ÇａｌıＡꎬＳꎬａｈｉｎＡꎬＡｒ̇Ｉ.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｂｏｒｏｎｐｈｏｓｐｈａｔｅＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｓｐｅｅｋ/ｐｖｄｆｂｌｅｎｄｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＥｎｅｒｇｙꎬ２０２２ꎬ４７(９５):４０４７６－４０４９０.[２７]㊀ＹｕａｎＺＺꎬＬｉＸＦꎬＨｕＪＢꎬｅｔａｌ.Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙ(ｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ)(ＳＰＥＥＫ)ｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｕｎｄｅｒｖａｎａｄｉｕｍｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙｍｅｄｉｕｍ[Ｊ].ＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣｈｅｍｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓꎬ２０１４ꎬ１６(３７):１９８４１－１９８４７.[２８]㊀ＫｈａｎＭＩꎬＳｈａｎａｂｌｅｈＡꎬＳｈａｈｉｄａＳꎬｅｔａｌ.ＳＰＥＥＫａｎｄＳＰＰＯｂｌｅｎｄｅｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ[Ｊ].Ｍｅｍｂｒａｎｅｓꎬ２０２２ꎬ１２(３):２６３.[２９]㊀张强.全钒液流电池用ＳＰＥＥＫ/沸石复合质子交换膜的制备与性能研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２０１５.[３０]㊀ＣｈｅｎＤＪꎬＬｉＤＤꎬＬｉＸＦ.Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙ(ｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ)ｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙｒｅｔｅｎｔｉｏｎｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１７ꎬ３５３:１１－１８.[３１]㊀ＹｉｎＢＢꎬＹｕＬＨꎬＪｉａｎｇＢꎬｅｔａｌ.Ｎａｎｏｏｘｉｄｅｓｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙ(ｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ)ｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１６ꎬ２０(５):１２７１－１２８３.[３２]㊀ＪｉａＣＫꎬＣｈｅｎｇＹＨꎬＬｉｎｇＸꎬｅｔａｌ.Ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙ(ｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ)/ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１５ꎬ１５３:４４－４８.[３３]㊀ＹｕｅＭＺꎬＺｈａｎｇＹＰꎬＣｈｅｎＹ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅｐｒｏｔｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１１ꎬ２３９/２４０/２４１/２４２:２７７９－２７８４.[３４]㊀ＹｕｅＭＺꎬＺｈａｎｇＹＰꎬＷａｎｇＬ.Ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅ/ｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ:Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｗｉｔｈｃｈｉｔｏｓａｎｓｏｌｕｔｉｏｎ[Ｊ].ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓꎬ２０１２ꎬ２１７:６－１２.[３５]㊀ＹｕｅＭＺꎬＺｈａｎｇＹＰꎬＷａｎｇＬ.Ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅ/ｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ:Ｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎꎬｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄｓｉｎｇｌｅｃｅｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１３ꎬ１２７(５):４１５０－４１５９.[３６]㊀ＺｈａｎｇＹＰꎬＺｈａｎｇＳꎬＨｕａｎｇＸＤꎬｅｔａｌ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｒａｎｃｈｅｄｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓｆｏｒｍｅｍｂｒａｎｅｓｉｎｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１６ꎬ２１０:３０８－３２０.[３７]㊀ＣａｏＬꎬＫｏｎｇＬꎬＫｏｎｇＬＱꎬｅｔａｌ.Ｎｏｖｅｌｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅ/ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃｐｏｌｙｍｅｒ￣ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｈｙｂｒｉｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１５ꎬ２９９:２５５－２６４.[３８]㊀ＹｕａｎＱꎬＬｉｕＰꎬＢａｋｅｒＧＬ.ＳｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅａｎｄＰＶＤＦｂａｓｅｄｂｌｅｎｄｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒｆｕｅｌｃｅｌｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡꎬ２０１５ꎬ３(７):３８４７－３８５３.[３９]㊀ＫｕｍａｒＡꎬＰｕｒｗａｒＰꎬＳｏｎｋａｒｉａＳꎬｅｔａｌ.Ｒａｔｉｏｎａｌｉｚｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｉｅｒａｒｃｈｙｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｕｅｌｃｅｌｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０２２ꎬ１２(１３):６６５９.[４０]㊀ＴａｎｇＨꎬＬｖＸＹꎬＤｕＪꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｒｏｔｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｍａｔｅｒｉａｌｓｂｙｒｅｄｕｃｉｎｇｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０２２ꎬ３６(８):ｅ６７７７.[４１]㊀ＳａｈｏｏＲꎬＰａｌＳＣꎬＤａｓＭＣ.Ｓｏｌｉｄ￣ｓｔａｔｅｐｒｏｔｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎｂｙｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｗａｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌｅｓｉｎｍｅｔａｌ￣ｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｓ[Ｊ].ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０２２ꎬ７(１２):４４９０－４５００.[４２]㊀陈戚.六元环聚酰亚胺离子交换膜的制备及其在全钒氧化还原液流电池中的应用[Ｄ].上海:东华大学ꎬ２０１７.[４３]㊀ＹａｎｇＸＢꎬＺｈａｏＬꎬＧｏｈＫꎬｅｔａｌ.Ｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆａｍｏｄｉｆｉｅｄＮａｆｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙｂｙｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈｏｔｕｎｇｓｔｉｃａｃｉｄｃｏｕｐｌｅｄＵＩＯ￣６６￣ＮＨ２[Ｊ].ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＳｅｌｅｃｔꎬ２０１９ꎬ４(１５):４６３３－４６４１.[４４]㊀ＧｕｏＹꎬＪｉａｎｇＺＱꎬＹｉｎｇＷꎬｅｔａｌ.ＡＤＮＡ￣ｔｈｒｅａｄｅｄＺＩＦ￣８ｍｅｍｂｒａｎｅｗｉｔｈｈｉｇｈｐｒｏｔｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｌｏｗｍｅｔｈａｎｏｌｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１８ꎬ３０(２):１７０５１５５.[４５]㊀ＺｈａｉＳＸꎬＪｉａＸＹꎬＬｕＺＲꎬｅｔａｌ.ＨｉｇｈｌｙｉｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｒｏｔｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｉｅｓｂｙｔｈｅｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＵＩＯ￣６６￣ＮＨ２ｔｈｒｅａｄｅｄｗｉｔｈｉｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０２２ꎬ６６２:１２１００３.[４６]㊀ＬｉＪＣꎬＬｉｕＳＱꎬＨｅＺꎬｅｔａｌ.Ｓｅｍｉ￣ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄｓｕｌｆｏｎａｔｅｄｐｏｌｙｉｍｉｄｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｐｒｏｔｏｎｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１６ꎬ２１６:３２０－３３１.(责任编辑㊀郭兴华)３２㊀第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀肖㊀伟ꎬ等:全钒液流电池用质子交换膜的研究进展。

质子交换膜燃料电池材料的研究及应用随着人们对可再生能源和清洁能源的需求不断提高，燃料电池作为一种新型的能源转换设备也受到了广泛的关注。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用最为广泛的一种燃料电池，其原理是通过将氢气和氧气在催化剂的作用下反应，产生电能和水。

质子交换膜是PEMFC的核心材料，它直接影响燃料电池的性能和稳定性。

因此，研究和开发高性能、高稳定性的质子交换膜材料已成为PEMFC技术发展的关键。

一、质子交换膜的种类目前市场上比较常见的质子交换膜材料有：聚四氟乙烯（PTFE）、氟化磺酸聚合物（PFSA）、聚苯并咪唑（PBI）等。

其中，PFSA是目前应用最为广泛、性能最为优越的质子交换膜材料。

PFSA的共聚物结构中含有苯环，并且与磺酸化的氟碳化合物链相连，具有较好的热稳定性、耐久性和酸碱稳定性。

此外，还有一些新型的质子交换膜材料正在研发中，如磺化聚苯乙烯（SPS）、酸催化聚合物（ACP）、高分子/无机复合质子交换膜材料等。

二、质子交换膜的性能指标质子交换膜材料的性能指标主要包括：质子导电性、耐久性、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。

其中，质子导电性是影响燃料电池性能的重要因素之一，质子交换膜的导电性能需要高，同时也需要具备良好的耐久性。

燃料电池在使用过程中，质子交换膜还需要具有良好的化学稳定性、热稳定性和机械强度等，以保证其长期运行稳定。

三、质子交换膜材料的研究进展随着质子交换膜材料的研发和制备技术的不断提高，各种新型质子交换膜材料已经出现。

其中，高分子共价网络（CPN）材料是一种非常有前景的质子交换膜材料。

CPN材料是将可溶性高分子与二胺在酸性介质中缩合形成的网状结构，具备优异的导电性和稳定性。

此外，金属有机骨架（MOF）复合质子交换膜材料也备受关注。

MOF具有极高的比表面积和孔隙结构，可以有效地提高质子交换膜材料的导电性能和稳定性。

四、质子交换膜燃料电池的应用前景质子交换膜燃料电池是一种非常环保、高效、低碳的能源转换设备，具备广泛的应用前景。

质子交换膜研究报告质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）是一种用于质子交换反应的特殊材料。

它广泛应用于燃料电池、蓝色能源和分离纯化领域等。

本文将对质子交换膜的研究进行综述，从膜材料、制备方法、性能测试等方面进行分析。

一、质子交换膜的材料质子交换膜的材料通常具有以下特点：高温稳定性、良好的氢离子传导性能和良好的化学稳定性。

常见的质子交换膜材料包括氟化聚合物、聚合物基复合材料和无机聚合物等。

其中最经典的材料是聚四氟乙烯基质上的氟硫酸树脂膜，具有良好的耐高温性和电导性能。

二、质子交换膜的制备方法质子交换膜的制备方法包括自由基聚合法、溶液浇铸法、薄膜热辊法等。

自由基聚合法是制备聚四氟乙烯基膜的传统方法，具有成本低、工艺简单的优点，但存在环境污染和能源消耗等问题。

溶液浇铸法是近年来发展起来的一种制备薄膜的方法，具有膜厚均匀、成本低的优点，并且能够制备大面积的膜。

薄膜热辊法是一种通过热压使聚合物溶液形成薄膜的方法，具有工艺简单、制备速度快的特点。

三、质子交换膜的性能测试质子交换膜的性能主要包括质子传导性能、机械性能、热稳定性和耐化学性等。

质子传导性能是评价质子交换膜性能的关键指标，主要通过测定质子电导率和质子传输数来评估。

机械性能主要包括拉伸强度、断裂伸长率和抗剪切性等。

热稳定性可通过热重分析和差示扫描量热法等测试方法进行评估。

耐化学性可以通过浸泡试验和酸碱浸泡试验等进行评估。

四、质子交换膜的应用以上是对质子交换膜的研究进行的综述。

质子交换膜作为一种重要的功能材料，在能源和环保领域具有广阔的应用前景。

随着研究的不断深入，质子交换膜的性能将会更加完善，应用范围也会进一步扩大。

质子交换膜（PEM）是一种高效的水电解分离技术，在电化学水处理、燃料电池、氢气制取和储存等领域有着广泛应用。

目前，质子交换膜的研究和发展趋势主要有以下几个方面：
1.材料改进: 质子交换膜材料的研究和改进是目前的热点，主要包括高效率、高稳定
性、低成本等方面。

2.结构设计: 结构设计是质子交换膜性能的关键因素之一，目前的研究主要集中在膜
结构的优化、膜层厚度的调整、膜表面等级化等方面。

3.反应机理: 质子交换膜反应机理的研究是质子交换膜性能提高的基础，目前主要集
中在质子传导机理、膜电化学特性等方面。

4.应用领域: 质子交换膜的应用领域正在不断扩大，如氢能源、生物反应器、污水处
理等。

5.高温应用: 质子交换膜在高温条件下的应用是最近的研究热点之一，在高温条件下，
质子交换膜的性能会有提升，如提高电催化水电解的效率。

6.复合材料: 质子交换膜复合材料是最近发展的一个热点，复合材料可以提高质子交
换膜的性能，如提高电导率、阻燃性能等。

7.可持续性: 质子交换膜可持续性是最近发展的一个热点，可持续性包括环境友好、
低能耗、可回收等方面，以保证质子交换膜在未来可持续发展
8.质子交换膜燃料电池研究: 质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一，研究的方
向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。

9.质子交换膜在氢气存储上的应用研究: 质子交换膜在氢气存储上的应用是目前研究
的热点之一，研究的方向包括提高氢气存储密度、提高氢气存储安全性、降低氢气存储成本等。

总的来说，质子交换膜研究和发展趋势主要集中在提高性能、降低成本、提高可持续性、扩大应用领域。

质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的能源转换装置，近年来备受关注。

它具有能够为电动汽车等新兴行业提供可持续能源的优势，且在工业领域也有广泛的应用潜力。

本文将从质子交换膜燃料电池的原理、研究进展以及应用前景等方面进行探讨。

质子交换膜燃料电池采用质子交换膜作为电解质，能够直接将氢气和氧气转化为电能，产生电子和水。

其基本原理是在正极与负极之间放置一层质子交换膜，氢气在正极电极催化剂的作用下发生氧化反应，产生质子和电子，电子通过外部电路流动产生电能，而质子则通过质子交换膜传输到负极，在负极电极催化剂的作用下与氧气还原生成水。

这个过程中不涉及直接燃烧，因此具有高效率、零排放的特点。

质子交换膜燃料电池的研究一直在不断推进。

研究人员致力于减小电池尺寸、提高能量密度、降低成本等方面的工作。

目前，常见的质子交换膜燃料电池有聚合物质子交换膜燃料电池和磷酸质子交换膜燃料电池。

聚合物质子交换膜燃料电池具有较高的工作温度和较低的接触电阻，但膜的耐久性和稳定性有待提高；磷酸质子交换膜燃料电池具有较好的膜的稳定性和耐久性，但工作温度较高。

此外，也有研究人员尝试使用新型材料，如金属有机骨架材料、过渡金属氧酸盐等，用于制备质子交换膜，以提高电池的性能和稳定性。

质子交换膜燃料电池的应用前景十分广阔。

首先，可以应用于交通运输领域。

随着电动汽车的普及，传统的锂电池面临能量密度不高、充电时间长等问题，而质子交换膜燃料电池具有能量密度高、充电时间短的优势，能够提供更长的续航里程。

其次，质子交换膜燃料电池还可以应用于家庭能源系统。

随着可再生能源的快速发展，人们对于储能技术的需求越来越大，质子交换膜燃料电池可以将太阳能、风能等转化为电能进行储存，满足家庭的能源需求。

此外，由于质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放的特点，还可以应用于工业生产过程中的能源供应，减少对传统燃料的依赖，降低对环境的污染。

然而，质子交换膜燃料电池目前还存在一些挑战和问题。

大连物化所质子交换膜
大连物化所，即中国科学院大连化学物理研究所，在质子交换膜（PEM）领域有着深入的研究和显著的贡献。

该所研制的兆瓦级质子交换膜（PEM）水电解制氢系统在国家电网安徽公司氢综合利用站成功实现满功率运行，经过专家现场测试，该系统具有优秀的产氢能力，并且展现出PEM水电解技术的多种技术优势，如低能耗、高电流密度、高产气压力、设备占地面积小以及强抗波动性等。

此外，大连化物所的研究人员还在质子交换膜燃料电池微通道内的气液两相流方面进行了深入研究。

他们利用改进的扩散模型对液态水在质子交换膜内的传递过程进行了数学描述，并研究了不同流道壁面特性对液态水传递和电池性能的影响。

然而，尽管大连化物所在PEM领域取得了诸多成果，但在质子交换膜的研究和开发方面仍面临挑战。

当前，该所使用的关键膜材料主要依赖进口，独立设计开发质子交换膜的研究报道较少，尤其是在低成本质子交换膜的研究方面。

总的来说，大连物化所在质子交换膜及相关技术领域的研究和开发方面取得了显著进展，但仍需继续努力以实现关键材料的国产化，并推动PEM技术的进一步发展。