聚酰亚胺／磷酸锆质子交换复合膜的制备与表征

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一类绿色高效清洁能源，因在电动汽车、潜艇、便携式电源以及电站等领域具有潜在优势而受到广泛重视。质子交换膜(PEM)是PEMFC的核心部件，不仅作为介质负责质子迁移，同时作为屏障以避免燃料与氧化剂之间的直接接触。目前，商业化最广泛的质子交换膜是DuPont公司生产的全氟磺酸膜Natfion系列膜。Nafion膜具有良好的机械性能、化学稳定性以及质子传导性能，已经基本达到质子交换膜燃料电池的要求。但Nafion膜成本过高，且高温失水导致膜质子电导率急剧下降，这些缺点限制了其推广应用。因此，开发高效低成本的新型质子交换膜材料是PEMFC领域亟待解决的关键问题。

磷酸锆(ZrP)是一种具有良好质子导电性能的无机层状化合物，本身也是优良的保水材料。近年，有报道将ZrP掺杂至Nafion制备质子交换复合膜，并指出ZrP提高了膜的保水性能以及电池性能。但ZrP作为质子导体并不能单独应用于质子交换膜领域，所以选择成本低、性能良好的聚合物作为有机基质，将无机ZrP颗粒固定在有机聚合物中制备有机一无机复合膜材料是一种有效方法。非氟碳氢聚合物中，聚酰亚胺(PI)热稳定性好、化学耐受性和机械稳定性出色，成本低且具有良好的成膜性，是作为ZrP载体的优良选择。PI／ZrP质子交换复合膜能保持在较低的溶胀度，Pl／20％ZrP复合膜含水率和溶胀度分别为39％、3.9％。PI／ZrP质子交换复合膜的质子电导率随着ZrP掺杂量的增加而升高。PI／ZrP质子交换复合膜能提供稳定的质子传输通道，在90"C、相对湿度100％环境中，PI／20％ZrP复合膜质子电导率达到3．61×10^-2mS·cm^-1。