用于燃料電池的堿性陰離子交換膜研究進展

袁園，沈春暉，陳繼欽，任學超

（武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070）

用于燃料電池的堿性陰離子交換膜研究進展

袁園，沈春暉，陳繼欽，任學超

（武漢理工大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070）

針對當前堿性陰離子交換膜離子電導率低和高溫耐堿性較差的問題，本文綜述了堿性功能基團和聚合物主鏈結(jié)構(gòu)對陰離子交換膜離子電導率、堿性穩(wěn)定性等主要性能的影響，主要介紹了季銨鹽型、胍型、季鹽型、咪唑鹽型、锍鹽型堿性功能基團以及嵌段共聚物、側(cè)鏈型聚合物為基體材料的陰離子交換膜的研究進展，重點分析了上述因素對離子電導率的影響機理。綜合分析表明，為了制備高電導率且強耐堿性的陰離子交換膜，進一步改性研究提高堿性功能基團離子電導率和堿性穩(wěn)定性，優(yōu)化聚合物主鏈結(jié)構(gòu)，構(gòu)建高效、有序的離子傳輸通道是未來的主要研究方向。

電化學；堿性燃料電池；陰離子交換膜；離子電導率；堿性功能基團；聚合物結(jié)構(gòu)

隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，人們對煤、石油等化石燃料的需求日益增加。但是，地球上化石燃料是不可再生的，并且化石能源燃燒產(chǎn)生的二氧化硫等有害氣體會極大地污染環(huán)境。因此，尋找綠色、可持續(xù)、高效的新型能源替代傳統(tǒng)的化石燃料已經(jīng)成為目前的研究熱點[1]。其中燃料電池被認為是最具有發(fā)展前景的新型化學能源技術(shù)之一。燃料電池是一種經(jīng)過電化學方式將燃料和氧化劑中的化學能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。與一般電池不同，燃料電池的容量是無限的，理論上只要持續(xù)從外部提供燃料和氧化劑，燃料電池就能持續(xù)發(fā)電，且燃料電池不受卡諾循環(huán)的限制，具有很高的能量轉(zhuǎn)化效率[2]。

質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs）是發(fā)展最早、應用最多的一類燃料電池。在電動汽車、固定電站、航空航天等領域均有廣泛的應用前景[3]。然而，電極反應需使用鉑等貴金屬作為催化劑，這使得制備質(zhì)子交換膜燃料電池的成本顯著增加；與此同時，燃料和氧化劑中存在的微量SO2和CO可使催化劑活性降低甚至失活，導致催化劑中毒。這些缺點都阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的實際應用和商業(yè)化?；谶@些研究背景，堿性陰離子交換膜燃料電池（alkaline anion exchange membrane fuel cells，AAEMFCs）作為一種新型燃料電池，在近些年來逐漸受到人們的重視。以下是AAEMFCs電極反應方程式。

陽極 2H2+4OH–—→4H2O + 4e–，Eanode0= –0.828V

陰極 O2+2H2O+4e–—→4OH–，Ecathode0=0.401V

總反應方程 2H2+O2—→2H2O，Ecell0=1.229V

在堿性環(huán)境下，氫氣的氧化速率和氧氣的還原速率比在酸性介質(zhì)下有大幅提高，使得利用鎳、銀、鈷、過渡金屬氧化物等非貴金屬作為催化劑成為可能，從而制備堿性陰離子交換膜燃料電池成本較其他燃料電池體系有所降低。此外，在工作時OH–在膜內(nèi)的傳遞方向與氫氣或甲醇等燃料的滲透方向相反，使得燃料在膜內(nèi)的滲透現(xiàn)象緩解，避免發(fā)生短路事故[4]。用氫氧根型聚合物電解質(zhì)膜代替液體電解質(zhì)，降低了空氣中CO2對電池體系的影響，最大限度地減少了在陰極中碳酸鹽沉淀的形成[5]。所有的這些優(yōu)點都使得堿性陰離子交換膜燃料電池成為一項很有研究前景的能源技術(shù)，在近幾十年得到迅速的發(fā)展。

作為AAEMFCs的關鍵材料，陰離子交換膜（AEMs）在電池運行過程中起著至關重要的作用[6]：OH–由陰極到陽極的傳導、阻隔兩電極，防止燃料滲透而造成的電池內(nèi)部短路。AEMs在目前研究過程中存在的兩個主要問題是：①離子電導率低；②力學性能、化學穩(wěn)定性、耐高溫性能較差。針對第一個問題，分析表明是因為OH–離子尺寸比質(zhì)子大，OH–的擴散系數(shù)低于氫離子擴散系數(shù)的1/4；且在整個聚合物體系內(nèi)缺少由親水-疏水基團構(gòu)成的微相分離結(jié)構(gòu)，未形成連續(xù)的離子傳輸通道。分析第二個問題，是由于在強堿性及高溫環(huán)境中，堿性陰離子交換膜的陽離子，如季銨基團容易受到OH–的親核取代攻擊和消去降解，使得耐堿性變差；高分子主鏈容易發(fā)生斷裂，從而力學性能下降。本文主要針對氫氧根離子電導率低的問題，分析了影響離子電導率的主要因素并討論提出相應的解決措施。

1 堿性功能基團的影響

1.1 季銨鹽基團

在所有的功能基團中，季銨鹽作為離子基團最為常見，對于季銨基團的研究也最為成熟。GOPI等[7]以聚苯醚（PPO）為聚合物骨架、氯甲基乙醚（CMEE）為氯甲基化試劑，經(jīng)季銨化、堿處理后制得陰離子交換膜。研究發(fā)現(xiàn)，與商業(yè)化AHA離子交換膜（AHA膜是由四烷基銨鹽直接鍵合在聚烯烴主鏈上而形成的離子交換膜）相比，當CMEE/PPO為4時，溫度從30℃上升到70℃，QPPO膜的離子電導率比AHA膜高，且當70℃時，QPPO膜的最大電導率可達到8.3×10–3S/cm；電池在30℃開路電壓條件下測試發(fā)現(xiàn)QPPO的耐堿性比AHA好。為了進一步提高電導率，WANG等[8]制備了側(cè)鏈中帶有多個季銨功能基團的聚芳醚酮離子交換膜，此膜是由側(cè)鏈中帶有4個3,5-二甲基苯基基團的二氟二苯砜（M-DFDPS）與單體二氟二苯砜（DFDPS）及聯(lián)苯二酚（BP）共縮聚、溴化、季銨化制得。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，由于季銨基團的分布緊密以及較高的IEC值，當溫度由20℃上升到80℃時，M-DFDPS/DFDPS/BP為12/88/100，共聚物PAESM-12的電導率由23mS/cm變?yōu)?4mS/cm；M-DFDPS/DFDPS/BP為20/80/100，PAES-M-20的電導率由37mS/cm變?yōu)?2mS/cm。室溫下將膜浸泡在4mol/L KOH中60天發(fā)現(xiàn)膜的形狀及尺寸都未發(fā)生明顯的變化，IEC值及電導率也沒有較大的變動。

隨著離子交換膜中導電基團數(shù)目增加，IEC值隨之增加，膜的吸水率和溶脹度也會有所增大，為了將膜的的溶脹度控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，有研究者探究了用交聯(lián)劑改變膜的結(jié)構(gòu)。WANG等[9]以對二氯芐為交聯(lián)劑制備交聯(lián)型的聚芳醚酮陰離子交換膜，通過增加交聯(lián)劑的用量，膜內(nèi)形成更致密的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而使得自由體積減少，吸水率和溶脹度也相應降低。與此同時，當交聯(lián)度由10%升到40%時，膜的拉伸模量從321MPa上升到894MPa，膜的力學性能和尺寸穩(wěn)定性都有了顯著提高。TUAN等[10]用3種不同胺（三甲胺、三乙胺、三丙胺）進行季銨化反應得到不同烷基鏈長度的聚芳醚酮陰離子交換膜，分別為PAEK-TMA、PAEK-TEA、PAEK-TPA。80℃下3種季銨型AEMs離子電導率分別為21mS/cm、6mS/cm、1.4mS/cm。隨著烷基鏈長度的增加，離子電導率下降，是因為氮原子周圍的烷基鏈的屏蔽效應，TMA型陰離子交換膜的空間位阻最小，則使得膜的IEC值最高，在3種AEMs膜中離子電導率最高。然而，在強堿性環(huán)境下，季銨基團容易發(fā)生降解，當 β氫原子存在時，發(fā)生Hofmann消除（圖1）；沒有β氫時，OH–親核取代，產(chǎn)生降解（圖2）；當季銨基團的α、β位置存在較大的空間位阻時，則會遵循E1消除發(fā)生降解，如圖3[11]。

圖1 霍夫曼降解過程

圖2 親核取代降解過程

圖3 E1消除降解過程

1.2 胍型功能基團

為了尋找更穩(wěn)定、堿性更高的AEMs，胍型堿性功能基團逐漸受到相關科研人員的重視[12]。最近，研究者設計制備了大量的胍型AEMs。LIU等[13]首先合成了2-芐基-1,1,3,3-四甲基胍（BTMG），再與溴化PPO反應后經(jīng)溶液澆鑄和熱處理得到胍型AEMs膜，所得膜表現(xiàn)出極高的耐堿性能。在1mol/L的NaOH溶液60℃下浸泡2天，性能基本上沒有下降。經(jīng)研究分析表明，該膜的堿性穩(wěn)定性良好是由于取代基較大的空間位阻以及胍型功能基團本身具有很高的堿性（pKa=13.8），胍中的氮上所帶的正電荷能夠離域分散，減弱OH–的進攻，如圖4，不足的是該胍型陰離子交換膜的離子電導率不高。為了進一步提高陰離子交換膜的綜合性能，QU等[14]通過溶膠-凝膠法首次制備了雙胍鹽橋連聚倍半硅氧烷復合膜。除了胍基功能基團的強堿性以及離域共振結(jié)構(gòu)帶來的明顯作用，倍半硅氧烷基通過水解縮合形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能很好地抑制AEMs過度溶脹，展現(xiàn)出良好的力學性能，因此，帶有雙胍基的AEMs膜擁有高的離子電導率及長久的耐堿性。將該膜直接用作直接硼氫化物燃料電池中，40℃環(huán)境下電流密度為700mA/cm2時功率密度最高可達321mW/cm2。且為了防止AEMs膜的交聯(lián)密度過高，膜較脆，在溶膠-凝膠過程中用多孔的PTFE作為增強材料提高膜的韌性。KIM等[15]通過活化的氟苯基聚亞芳醚酮（PAES）與四甲基胍（TMG）親核取代反應得到了苯基胍鹽型陰離子交換膜（M-PAES-TMG，其結(jié)構(gòu)式如圖5）。經(jīng)研究分析表明，由于胍鹽功能基團本身的離域共振結(jié)構(gòu)與苯環(huán)之間形成的超共軛結(jié)構(gòu)，使得苯基胍鹽型的陰離子交換膜在堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)方法合成的芐基胍鹽型陰離子交換膜，測試發(fā)現(xiàn)，將苯基胍鹽型陰離子交換膜80℃下浸泡在0.5mol/L NaOH溶液中72h后，其電導率由36mS/cm降低到31mS/cm，下降幅度較小，比芐基三甲基銨鹽的堿性穩(wěn)定性能更好。30℃下苯基胍鹽型陰離子交換膜的吸水率僅為10%，其吸水性能比已報道過的芐基三烷基季銨鹽優(yōu)異很多（相同測試條件下，芐基三烷基季銨鹽的吸水率為60%）。將其成功應用在H2/O2燃料電池中，80℃下的最高功率密度可達到200mW/cm2。

圖4 胍型功能基團中的電荷離域共振結(jié)構(gòu)

圖5 M-PAES-TMG結(jié)構(gòu)式

1.4 咪唑鹽型堿性功能基團

圖6 季化聚砜陰離子交換膜自交聯(lián)原理圖

雖然研究者們嘗試各種辦法降低季銨鹽基團的降解程度，但完全避免降解仍然是一個挑戰(zhàn)。咪唑環(huán)中的五元雜環(huán)帶來的空間位阻和∏-共軛穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使得堿性環(huán)境中咪唑陽離子的降解程度降低，研究者們制備了一系列咪唑鹽型陰離子交換膜，希望能得到耐堿性好、能滿足燃料電池使用要求的燃料電池膜。RAN等[21]制備了一種咪唑鹽型陰離子交換膜。通過1-甲基咪唑與溴化聚苯并咪唑（BrPPO）親核取代反應得到，由于咪唑陽離子的共軛結(jié)構(gòu)，咪唑鹽型陰離子交換膜比季銨鹽型陰離子交換膜顯示出更高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。此外，咪唑鹽在極性溶劑中有良好的溶解性。80℃咪唑鹽型陰離子交換膜離子電導率大于100mS/cm，分析表明是由于在溶液澆鑄過程中形成了納米級微相分離結(jié)構(gòu)，并將其成功應用在H2/O2燃料電池中，在電流密度為76mA/cm2時，功率密度可達到30mW/cm2。MORANDI等[22]也制備了一種咪唑鹽型陰離子交換膜。分別用甲基咪唑（MIm）和1-乙基-2-甲基咪唑（EMIm）作為季銨化試劑，以溴化PPO和PBI的共混物為聚合物基體形成AEMs，進而加入磺化的芳烴化合物（SAC）如磺化聚醚砜，由于磺酸基團與含氮堿基之間發(fā)生靜電相互作用，生成了由離子對交聯(lián)的聚合物鹽，進而提高AEMs的化學穩(wěn)定性。經(jīng)研究表明，所合成的堿性陰離子交換膜比基準Tokuyama A201膜耐堿性能優(yōu)異許多，并且在低于60℃環(huán)境下，膜的電導率也超過所報道的Tokuyama膜，但在超過60℃時，優(yōu)勢表現(xiàn)不明顯。為進一步提高電導率，GUO等[23]合成了一種新型的陰離子交換膜，該膜基于氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽（AmimCl）離子溶液與甲基丙烯酸甲酯或丁基丙烯酸甲酯的共聚物。該咪唑鹽型陰離子交換膜在80℃、6mol/L飽和氫氧化鈉溶液中能保持穩(wěn)定，30℃去離子水中膜的離子電導率可達33.3mS/cm，該新型的陰離子交換膜有望應用于堿性陰離子交換膜燃料電池中。

1.5 锍鹽型堿性功能基團

HOSSAIN等[24]通過二甲基硫醚與氯甲基化的聚醚酮親核取代反應合成了一種锍鹽型堿性陰離子交換膜。該膜經(jīng)堿處理后測試發(fā)現(xiàn)80℃、水合狀態(tài)下離子電導率為15.6mS/cm，離子交換容量IEC=1.37mmol/g。在此基礎上，這些研究者們又制備了一種新型的AEMs[25]。首先縮聚合成帶芴基的聚醚酮，再對芴基氯甲基化后與二甲基硫醚反應制得，80℃下的電導率變?yōu)?8.3mS/cm，IEC為1.51mmol/g。結(jié)果表明，陰離子交換膜的離子電導率和溶脹度與聚合物基體的結(jié)構(gòu)有很大的關系。此外，經(jīng)研究表明由于較低的吸水率，锍鹽型離子交換膜的力學性能比季銨鹽型離子交換膜好，但是仍然不足的是離子電導率較低以及锍鹽型功能基團在堿性環(huán)境下不穩(wěn)定，這也是锍鹽型功能基團較少被應用在堿性離子交換膜中的重要原因。

2 聚合物結(jié)構(gòu)的影響

為滿足燃料電池的實際使用要求，離子交換膜必須要有高的電導率、良好的力學性能、化學穩(wěn)定性等。然而AEMs普遍較低的離子電導率極大地限制了AEMFCs的發(fā)展和應用。傳統(tǒng)方法即增加膜的離子交換容量IEC，雖可以在一定程度上增加離子電導率，但是會導致吸水率過高，膜過度溶脹，極大降低了膜的力學性能和尺寸穩(wěn)定性，所以更為有效的方法是提高OH–的有效遷移率[26]。Nafion膜中聚合物主鏈上同時存在的碳鏈骨架疏水結(jié)構(gòu)與帶有功能基團的親水區(qū)域形成了親水-疏水微相分離結(jié)構(gòu)，親水區(qū)域的相互重疊構(gòu)成了連續(xù)貫穿的離子傳輸通道，使得Nafion膜具有高的離子電導率[5]，從而得以商業(yè)化生產(chǎn)。將這一思路應用在陰離子交換膜的研究中，構(gòu)建高效、有序的離子傳輸通道成為解決AEMs較低電導率的突破口。研究者們經(jīng)大量研究分析發(fā)現(xiàn)，在聚合物分子結(jié)構(gòu)設計中，嵌段共聚物和側(cè)鏈型聚合物結(jié)構(gòu)更有利于形成相分離微觀形貌[27]。

2.1 嵌段共聚物

無規(guī)共聚物中的離子基團無規(guī)地分布在聚合物主鏈上，使其聚集較為困難，難以形成貫穿的離子傳輸通道，因此膜的OH–電導率普遍較低。而嵌段共聚物因各組分的熱力學性質(zhì)不同，具有形成相分離形貌的能力。DONG等[28]首先通過逐步縮聚反應制備了含酚酞基的嵌段和無規(guī)聚芳醚酮，繼而經(jīng)季銨化制得AEMs膜。60℃水和狀態(tài)下，嵌段型陰離子交換膜QBPES-60的離子電導率為40.5mS/cm，離子交換容量為1.93mmol/g，但在相同的條件狀態(tài)下無規(guī)共聚物QRPES-60的電導率為30mS/cm。此外，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，相比于無規(guī)陰離子交換膜，嵌段型陰離子交換膜的吸水率較低，耐堿性能也更優(yōu)異，60℃ 1mol/L NaOH溶液中浸泡80h，嵌段型AEMs的離子電導率保留51%，高于無規(guī)AEMs的43%。這些現(xiàn)象都是因為嵌段型陰離子交換膜結(jié)構(gòu)中形成了明顯的微相分離形貌，促進離子簇的產(chǎn)生，形成了貫穿的離子傳輸通道，從而有效地提高離子電導率，且疏水的較長脂肪鏈段包圍在離子基團四周，阻止了水分子的進入和OH–的進攻，有效地抑制了AEMs膜過度吸水，并能提高耐堿性。

2.2 側(cè)鏈型聚合物

嵌段型共聚物雖具有形成微相分離結(jié)構(gòu)的能力，能提高膜的離子電導率，但是在嵌段共聚物中形成的離子通道尺寸通常較大，水分子容易進入親水區(qū)域，使得膜溶脹較嚴重，膜的力學性能和尺寸穩(wěn)定性下降[29]。側(cè)鏈型聚合物是在高分子骨架上接枝與主鏈組分不同的側(cè)鏈鏈段，由于接枝的側(cè)鏈與聚合物主鏈熱力學性質(zhì)不一致，會使其通過自組裝形成納米相分離的形貌[30]。研究者們發(fā)現(xiàn)側(cè)鏈型雖能形成尺寸較小的離子通道，從而有效地抑制膜的溶脹，但側(cè)鏈的分布較分散且功能基團的密度較低，親水性區(qū)域聚集困難，離子通道的貫穿性受到限制。研究者們從改性側(cè)鏈聚合物分子結(jié)構(gòu)的角度進行探索，希望從根本上提高側(cè)鏈型陰離子交換膜的離子電導率。

（1）增加連接聚合物主鏈與功能基團之間的鏈段長度。

GAO等[31]首先用6-溴乙酰氯與PPO乙?；磻蓭в虚L側(cè)鏈的聚合物，進而與1,2-二甲基咪唑制備了咪唑鹽型的陰離子交換膜（PPO-COC5H10-Im）。相較于短鏈咪唑鹽功能化的PPO（PPOCH2-Im），研究者經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，在相似IEC條件下，PPO-COC5H10-Im膜的氫氧根離子有效遷移率大約是PPO-CH2-Im膜的兩倍；且在溶脹比相近的情況下PPO-COC5H10-Im膜60℃的離子電導率為62mS/cm，PPO-CH2-Im膜為42mS/cm，在保證尺寸穩(wěn)定性的前提下提高了膜的離子電導率。ZHANG等[32]合成了一種新型的基于雙羥基聯(lián)苯的芳香型陰離子交換膜，不同于傳統(tǒng)方法合成的苯甲基型短側(cè)鏈AEMs膜，他們在聚芳烴主鏈中引入長的脂肪族側(cè)鏈（—OCH2CH2CH2CH2—）。經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，該膜有良好的離子電導率和耐堿性，60℃下OH–電導率可達到91mS/cm，將該膜應用在H2/O2燃料電池中最高的輸出功率可達到120mW/cm2。增加連接聚合物骨架與導電功能基團之間的鏈長，引入較長的脂肪族側(cè)鏈，增加末端功能基團的移動性，有利于親水區(qū)域的聚集，形成連續(xù)貫通的離子傳輸通道，通過自組裝形成明顯的微相分離結(jié)構(gòu)，有效地提高離子電導率。

（2）減少接枝度，實現(xiàn)同一側(cè)鏈中多個功能基團。

為了得到較高的離子電導率膜，常見的方法是在聚合物主鏈上接枝足夠數(shù)量的功能基團。這種方法雖可以在一定程度上提高離子電導率，但是由于接枝度高，破壞了聚合物主鏈的化學惰性，會在堿性環(huán)境中引起主鏈降解[33]。為了解決這一問題，莊林課題組[34]將兩個堿性功能基團引入到同一側(cè)鏈結(jié)構(gòu)中，制備出一種新型的側(cè)鏈型陰離子交換膜。在降低接枝度、保證耐堿性的同時，又能保留足夠的功能基團的離子濃度。經(jīng)測試結(jié)果可知，在相同接枝度情況下，側(cè)鏈中帶有兩個季銨鹽基團的聚砜（DQAPS）的離子交換容量IEC大約是季銨化聚砜（QAPS）的兩倍。接枝度幾乎相同的情況下進行離子電導率測試發(fā)現(xiàn)，80℃下DQAPS的離子電導率為64.5mS/cm，QAPS為44mS/cm。在此基礎上，HE等[35]由溴化PPO制備出柔性側(cè)鏈中帶有3個季銨基團的陰離子交換膜（TQAPPO）。通過與帶有兩個季銨基團的AEMs膜（BQAPPO）以及季銨化聚苯醚（QPPO）對比發(fā)現(xiàn)，80℃下TQAPPO與BQAPPO的離子電導率分別可達119mS/cm和98mS/cm，在相同IEC值（2.1mmol/g）情況下，BQAPPO電導率也比QPPO高出許多。隨著側(cè)鏈中引入的季銨基團數(shù)量越多，則OH–離子電導率越高。分析表明是因為側(cè)鏈的柔性和親水性增加，有利于形成更明顯的微相分離結(jié)構(gòu)，構(gòu)建更好的氫氧根離子傳輸通道，且隨著側(cè)鏈中含有的季銨基團的密度越大，親水區(qū)域的陽離子濃度越高，OH–的傳導效率也越高。所以，在同一條側(cè)鏈中引入多個堿性功能基團也是有效提高離子電導率的一種方法。

3 結(jié)語與展望

國內(nèi)外研究者們對堿性陰離子交換膜的研究已經(jīng)較為全面，也進行了深層次的探索。堿性功能基團、聚合物結(jié)構(gòu)等因素對離子電導率、耐堿性等主要性能的影響機理也探究的較為透徹。高溫水合狀態(tài)下的離子電導率能接近于已實現(xiàn)商業(yè)化的Nafion膜，但是無水條件下的離子電導率性能仍然有待提高。此外，改性堿性功能基團以及優(yōu)化聚合物主鏈結(jié)構(gòu)，組成高電導率、化學穩(wěn)定性良好且力學性能穩(wěn)定的堿性聚合物電解質(zhì)膜是未來研究者們的研究重點。期待綜合性能良好的陰離子交換膜能更好地推動燃料電池的發(fā)展。

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Research progress of alkaline anion exchange membranes

YUAN Yuan，SHEN Chunhui，CHEN Jiqin，REN Xuechao
（School of Material Science & Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China）

Aiming at the low ionic conductivity and poor alkaline resistance of anion exchange membranes at elevated temperature，we make an overview on the effects of alkaline functional groups and polymer backbone structure on their main properties such as ionic conductivity and alkaline stability. The research progress of using functional groups of quaternary ammonium salt，guanidine，quaternary phosphonium salt，imidazole salt，and sulfonium salt，and block copolymer，side chain polymer as polymer matrix materials are mainly introduced. What’s more，the influence mechanisms of various factors on the ionic conductivity are analyzed emphatically. The results show that，in order to prepare anion exchange membranes with high ionic conductivity and excellent alkaline resistance，further study on improving the ionic conductivity and alkaline stability of functional groups，and optimizing the polymer backbone structures to construct efficient and orderly ion transport channel are the main research directions in the future.

electrochemistry；alkaline fuel cells；anion exchange membranes；ionic conductivity；alkaline functional groups；polymer chain structures

TM911.4

：A

：1000-6613（2017）09-3336-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2357

2016-12-20；修改稿日期：2017-03-23。

國家留學基金管理委員會（CSC）資助訪問學者出國交流項目（201506955014）。

袁園（1991—），女，碩士研究生。E-mail：m13297012448@163.com。聯(lián)系人：沈春暉，教授，研究方向為質(zhì)子交換膜燃料電池關鍵材料。E-mail：shenchunhui@whut.edu.cn。