Résumé des connaissances de la membrane d'échange de protons

A membrane d'échange de protonsest une mince couche d'électrolyte polymère avec des groupes d'échange de cations (groupes d'acide sulfonique, groupes d'acide carboxylique, groupes de phosphate, etc.). Les groupes d'échange de cations sont liés chimiquement au polymère pour former une seule unité. Cette méthode de connexion fixe évite la perte d'électrolytes à petites molécules.Membranes d'échange de protonssont divisés en membranes d'acide perfluorosulfonique, des membranes polymères partiellement fluorées, de nouvelles membranes polymères non fluorées, des membranes composites, etc. selon la teneur en fluor. À l'heure actuelle, perfluorisémembrane d'échange de protonsest la technologie grand public avec un haut degré d'industrialisation. Il est principalement utilisé dans les piles à combustible en aval, l'électrolyse en amont de l'eau pour la production d'hydrogène, les batteries de stockage d'énergie et autres champs.

Le nom complet de PEMFC est la membrane d'échange de protonpile à combustible. Lemembrane d'échange de protonsest l'électrolyte du PEMFC, qui joue le rôle de la conduite d'ions hydrogène, d'isolement du carburant et des oxydants et du blocage des électrons. C'est le composant central du PEMFC. Par rapport aux autres piles à combustible, le PEMFC a une densité de puissance plus élevée en raison des excellentes performances de la membrane de protons.

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Membrane d'acide perfluorosulfonique

La membrane d'acide perfluorosulfonique est composée d'un squelette de fluorocarbone et d'une chaîne de branche d'éther avec un groupe d'acide sulfonique.

Caractéristiques: résistance mécanique élevée, bonne stabilité chimique et conductivité élevée dans des conditions d'humidité élevées; Densité de courant élevée à basses températures et faible résistance à la conduction de protons.

Avantages: résistance mécanique élevée, bonne stabilité chimique, conductivité électrique élevée, densité de courant élevée à faible températures, faible résistance à la conduction de protons

Inconvénients: la conductivité des protons se détériore à mesure que la température augmente, la dégradation chimique est susceptible de se produire à des températures élevées et le coût est élevé.

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Membrane d'échange de protons non perfluorée

Utilisez des chlorures substitués au lieu des fluororessines, ou mélangez des fluorures avec des composés inorganiques ou non fluorures.

Caractéristiques: très faible teneur en groupe d'acide sulfonique et efficacité de travail élevée.

Avantages: faible coût et efficacité de travail élevée.

Inconvénients: mauvaise résistance mécanique et stabilité chimique.

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Membrane d'échange de protons sans fluor

Composé de membrane polymère sans hydrocarbures fluorée.

Avantages: faible coût, peu de pollution

Inconvénients: faible stabilité chimique

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Film composite

Membrane composite composée de matériau modifié et de résine d'acide perfluorosulfonique.

Avantages: propriétés mécaniques améliorées, amélioration de la transmission et de la distribution de l'eau dans la membrane et réduit la résistance interne de la membrane d'échange de protons

Inconvénients: exigences de technologie de préparation élevée

Applications des membranes d'échange de protons

L'une des principales applications des membranes d'échange de protons estmembrane d'échange de protonspiles à combustible. Ces piles à combustible ont une large gamme d'applications commerciales et militaires, notamment les industries aérospatiales, automobiles et énergétiques. Les applications de pile à combustible à échange de protons précoces étaient principalement concentrées dans l'industrie aérospatiale. La plus grande capacité des piles à combustible à l'époque en faisait un choix idéal par rapport aux batteries.

Pempiles à combustiblesont populaires dans les applications automobiles car elles fonctionnent à des températures relativement basses et peuvent démarrer rapidement même dans des conditions de sous-flèche.