離子交換膜課件

離子交換膜離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。離子交換膜簡介按功能或結(jié)構(gòu)分類：陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質(zhì)復(fù)合物膜按制造工藝分類：異相膜、均相膜、半均相膜離子交換膜的特點(diǎn)及應(yīng)用離子導(dǎo)電性親水性能固定載體（離子交換基團(tuán)）特點(diǎn)應(yīng)用舉例離子傳導(dǎo)電滲析電解質(zhì)濃縮及淡化，雙極膜電滲析制備酸和堿，跨膜離子交換反應(yīng)、電去離子電解過程的分割介質(zhì)氯堿生產(chǎn)擴(kuò)散滲析廢酸廢堿回收加壓滲析、熱滲析脫鹽或濃縮電池堿性電池、氧化還原電池、濃差電池燃料電池氫-氧、甲醇-氧親水性滲透汽化有機(jī)溶劑脫除去濕氣體除濕傳感器氣體傳感器固定載體促進(jìn)傳遞酸性氣體去除修飾電極離子交換膜發(fā)展時(shí)間線1890191119251932194019501962197019781988-2002新型離子膜過程ED的集成雜化過程離子膜的大量工業(yè)應(yīng)用雜化離子交換膜Nafion膜氯堿電極膜雙極膜電滲析首次應(yīng)用于海水制鹽倒極電滲析EDR電去離子EDI商業(yè)離子交換膜和電滲析器出現(xiàn)電膜的首次工業(yè)應(yīng)用Bacon首次制備兩性離子膜和鑲嵌膜首次制備離子膜Donnan電勢的提出第一個(gè)電膜過程201060年代質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC出現(xiàn)并應(yīng)用于航天全球最大的質(zhì)子交換膜燃料電池示范站落戶華南理工大學(xué)2014豐田公司PEMFC汽車Mirai上市離子交換膜燃料電池高的離子傳導(dǎo)率低的燃料滲透率良好的機(jī)械性能良好的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性良好的電化學(xué)穩(wěn)定性良好的尺寸穩(wěn)定性容易制備成MEA低廉的價(jià)格應(yīng)用于燃料電池的離子交換膜應(yīng)該具備的性質(zhì)目前PEM以及AEM存在的主要問題PEM存在的主要問題高溫低濕質(zhì)子傳導(dǎo)率低甲醇滲透嚴(yán)重耐受性差A(yù)EM存在的主要問題陰離子傳導(dǎo)率低堿穩(wěn)定性不足優(yōu)化膜內(nèi)的水環(huán)境同時(shí)減少溶脹微相分離促進(jìn)質(zhì)子傳遞雜化膜構(gòu)建連續(xù)離子傳遞通道基于石墨烯等二維材料的新型離子交換膜采用能夠抑制甲醇滲透的聚合物或者進(jìn)行表面涂覆改性解決PEM存在問題的一些方法A跳躍機(jī)理B運(yùn)載機(jī)理KreuerKD.Ionconductingmembranesforfuelcellsandotherelectrochemicaldevices[J].ChemistryofMaterials,2013,26(1):361-380.HeG,LiY,LiZ,etal.JournalofPowerSources,2014,248:951-961.ParkCH,LeeSY,HwangDS,etal.Nanocrack-regulatedself-humidifyingmembranes[J].Nature,2016,532(7600):480-483.C表面機(jī)理優(yōu)化膜內(nèi)水環(huán)境水是質(zhì)子傳遞的載體，同時(shí)參與跳躍機(jī)理和運(yùn)載機(jī)理水環(huán)境優(yōu)化加入親水填充劑例如：微囊、GO使用磷酸基團(tuán)等對水依賴性低的基團(tuán)作為離子交換基團(tuán)表面保水涂層LiN,LeeSY,LiuYL,etal.Energy&EnvironmentalScience,2012,5(1):5346-5355.LiN,YanT,LiZ,etal.Comb-shapedpolymerstoenhancehydroxidetransportinanionexchangemembranes[J].Energy&EnvironmentalScience,2012,5(7):7888-7892.促進(jìn)微相分離構(gòu)建高效的微相分離結(jié)構(gòu)嵌段共聚物梳型共聚物微相分離形成的膠束狀通道Hasani-SadrabadiMM,DashtimoghadamE,MajediFS,etal.Nanoscale,2013,5(23):11710-11717.ZarrinH,HigginsD,JunY,etal.TheJournalofPhysicalChemistryC,2011,115(42):20774-20781.LiZ,HeG,ZhaoY,etal.J