磺化聚砜-聚多巴胺-ZrO 2 有机无机杂化复合质子交换膜的结构及性能

为了解决燃料电池质子交换膜在高温全水合状态下的质子传导率低、易溶胀的问题，以商用磺化聚砜（PSF）多孔膜为基体，经聚多巴胺（PDA）表面沉积修饰后，在膜表面矿化形成ZrO2层从而制备PSF-PDA-ZrO2复合质子交换膜。研究了PDA沉积条件和ZrO2矿化工艺对PSF-PDA-ZrO2复合膜表面微观形貌及元素分布的影响规律；选择PDA沉积时间为5 h的PSF-PDA改性膜进行矿化，随矿化时间的增加，其表面矿化层Zr元素含量显著提高。对PSF-PDA-ZrO2复合膜进行吸水率、溶胀率和电导率进行测试。结果表明，相较于PSF多孔膜，ZrO2矿化层显著抑制了PSF-PDA-ZrO2复合膜在高温下的溶胀行为，其溶胀率随矿化时间的增加逐渐降低。PDA沉积时间为5 h，矿化时间分别为1 h、5 h、12 h和24 h的PSF-PDA-ZrO2复合膜质子传导率均高于纯PSF多孔膜，且随着矿化时间的增加复合膜的电导率逐渐降低。其中PDA沉积时间为5 h，矿化时间为1 h的PSF-PDA-ZrO2复合膜电导率在90℃时高达0.117 Scm-1，是同条件下纯PSF多孔膜的2.5倍。