新技術開發用於電解和燃料電池的質子傳導膜

為了能持續不斷的在化學工業或能源存儲領域使用電解技術，保持電解技術進步是十分必要的。同時從長遠來看，使用電化學方法生產基礎化學品，既可以有效降低成本，又能將能源系統與化學品生產聯繫起來。 電解工藝中通常使用膜來分離陰極和陽極，這樣可以防止電解質間混合。 這種分離膜是允許所有離子通過的微孔分離器，但有時又是單一的選擇性陰離子或陽離子分離器。

可以透光的質子傳導膜，它顯示了膜的均勻性。圖片來源：弗勞恩霍夫應用聚合物研究所

離子導電聚合物膜是電解工藝和燃料電池應用領域的重要組成部分。 弗勞恩霍夫應用聚合物研究所（Fraunhofer IAP）的研究人員正在致力於開發超出現有技術水平的聚合物膜，以便將它們應用於如過氧化氫的分散式電化學生產過程。

科學家們目前已經提出了一種全新的設計概念，用於生產廉價且環保的離子導電膜，用於電解和燃料電池。

此開發項目中的一個重要目標便是延長膜的使用壽命，同時保持性能並降低成本。先前使用的全氟化聚合物膜，例如Nafion，具有著明顯的缺點：基於這些聚合物的膜成本極高，並且隨著時間的推移其質子傳導性逐漸喪失，並且Nafion的氧化穩定性比較差。最重要的是，氟元素可能會釋放到環境中，高濃度的氟對大多數生物有害，因此阻止氟的釋放又是一項重要的考慮因素。

聚合物苯基喹喔啉屬於芳香族縮聚物族，其具有特定的熱穩定性和化學穩定性。 基於對該聚合物類的研究，弗勞恩霍夫的科學家們通過縮聚反應製備新的嵌段共聚苯基喹喔啉（BPPQ）。 隨後將聚合物磺化，得到可重複的磺化條件。

他們製備的磺化BPPQs材料如二甲基乙醯胺在有機溶劑中具有優異的溶解性，同時也表現出優異的熱穩定性。這兩種材料性質都是分離膜製造的核心性能。

質子電導率與現有技術相當

除材料的開發外，研究人員還專註於優化和簡化膜製造工藝。 膜可以在實驗室規模上穩定的批量生產，得到的膜也顯示出了高氧化穩定性。

基於該材料開發和製備得到的膜，可以實現與現有技術水平相當（1mS / cm）的質子傳導率。 與目前的基準Nafion膜相比，新聚合物中的氟濃度可以大大降低（Nafion含有超過70％的氟，BPPQ約為5％的氟）。

因此，新技術得到的膜更容易進行環保無害化處理，這將進一步降低使用這些新型膜的工藝成本。

原文來自kunststoffe，原文標題：Proton-Conducting Membrane for Electrolysis and Fuel Cells，由材料科技在線團隊翻譯整理

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