离子液体基质子交换膜的研究进展

离子液体基质子交换膜的研究进展任素贞’，徐美玲(大连理工大学化学学院，辽宁大连116024)摘要：以Nation为代表的全氟磺酸水化膜是目前聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中最常用的质子交换膜(PEM)，但此类膜的质子导电性能强烈依赖于水。而水的冻结或蒸发会使其失去质子导电性能。离子液体具有接近零的蒸汽压、低熔点、较宽的电化学窗口，将离子液体引入PEM体系可望大大扩展PEM的工作温度范围。提高其电导率。对近年来离子液体在聚合物质子导电材料中的应用进行了综述。并对其研究发展前景作了展望。关键词：离子液体；质子交换膜：燃料电池中图分类号：TM9”．4文献标识码：A文章编号：1002—087X(2014)02—0394—04ProgressofionicliquidbasedprotonexchangemembranesRENSu-zhen，XUMei-1ing(SchoolofChemisffy,Dai^mUniversityofTedmology,DalianLiaoning116024，china)Abstract：ThepeffluonnatedsulfonicacidmembranesIikeNafionwerethemostwidelyusedprotonexchangemembrane(PEM)forpolymerelectrolytemembranefueIcells．Buttheconductpefformanceofthismembranewasseriouslydependedonwater．TheprotonconductivityofthehydratedmembraneswasIostduetothefreezingorevaporationofwater．Lowmeltingpoint，lowvaporpressureandSOonwerethecharacteristicsofionicliquids．TherangeoftheworkingtemperatureofPEMcouldbeemendedandthepmtonconducIivitycouldbeimprovedwiththeintroductionofionicliquid．Theprogressofapplicationresearchofionicliquidsinprotonconductingmembraneswasreviewed．Thefuturedevelopmentofthisfieldwasalsoprospected．Keywords：ionicliquids；protonexchangemembrane；fueIcelI在质子交换膜燃料电池中，以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，目前使用的主要是商业化的全氟磺酸膜(如Nation系列膜)。Nailon系列膜虽然具有力学性能稳定、质子电导率高(10—2,--10。1S／cm)和使用寿命长等优点，但是其主要不足是质子电导严重依赖溶剂水，高温(100℃以上)缺水时，质子传导率显著下降，这很大程度上制约了燃料电池的应用规模和范围。如果将电池的稳定工作温度提高到100℃以上，则由于燃料在高温时具有更高的活性而可以减少贵金属铂催化剂的用量或用其他廉价催化剂代替铂催化剂，可降低燃料电池的成本，促进燃料电池的实用化发展【l】。因此，开发新型的高温时质子传导不依赖或几乎不依赖于增湿的电解质及聚合物膜材料是目前燃料电池研究与开发中亟待解决的关键问题之一。质子型离子液体因为能在较大温度范围内保持较高的质子传导性能，特别是具有可与水溶液相比拟的质子电导率，因此将具有良好热稳定性及电化学性能的质子型离子液体应用于燃料电池电解质，具有潜在的应用前景。离子液体的特性、种类和制备方法等详细介绍参考文献[2】。离子液体基聚合物膜可以避免Nation膜的不足。将离子液体引入电解质膜的方式有【≈：聚阴离子型、聚阳离子型、两收稿日期：2013-06—09作者简介：任素贞(1970_-)，女，山东省人，博士．主要研究方向为质子交换膜及电极材料。2014．2V01．38No。2性离子型(同一个单元内含有阴阳两种离子)、共聚型(含有双键的阴阳离子聚合)以及有机高分子(例如PVDF)．离子液体共混型聚合物膜，如图l所示。两性和共聚型不含离子载体，不具有离子传导性能，可以提供离子传导的孔道，掺杂盐类如二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)，可构成电解质。离子液体基聚合物膜结构质子传导率不依赖于水，可以高温使用，热稳定性好，也可以在碱性电池中使用。它们的特性也可以解决选用Nation膜时，使用贵金属铂电池催化剂的特点，从而采用非贵金属而使燃料电池成本降低。本文将近年来离子液体基聚合物膜的研究现状和进展及面临的科学