等离子体法制备质子交换膜导电特性的研究

为了降低燃料电池的制造成本，创新的等离子体聚合法制备质子交换膜成为当前最前沿的研究课题，当前研究热点在解决膜的质子传导率低和超薄容易引起电池短路这两大课题上，这也是本课题组用该方法在国内独家成功研制的电池中同样存在的问题。因此，为研究解决这些问题，本申请将开展以下研究内容：（1）等离子体聚合质子交换膜的结构与膜的质子传导性能的关联研究。研究等离子体多参量的变化与质子交换膜的结构及功能基含量的关系，获得影响膜结构及质子传导性能的关键因素及敏感参数。（2）选择聚合反应单体、控制参与聚合反应的关键粒子种类和粒子能量，在质子交换膜中引入有功能性基团形成的用于质子传导的连续通道（微观亲-疏水相分离结构）以及由于分子结构位阻效应产生的有利于质子传导的空隙结构，提高质子传导能力。（3）采用等离子体溅射技术制备超薄表面平整光滑的催化剂层。本项目研究的最终目的是致力于制备燃料电池的关键部件全部利用等离子体。

为了降低燃料电池的制造成本，创新的等离子体聚合法制备质子交换膜成为当前最前沿的研究课题，当前研究热点在解决膜的质子传导率低和超薄容易引起电池短路这两大课题上，这也是本课题组用该方法在国内独家成功研制的电池中同样存在的问题。因此，为研究解决这些问题，本申请将开展以下主要研究内容：（1）等离子体聚合质子交换膜的结构与膜的质子传导性能的关联研究。研究等离子体多参量的变化与质子交换膜的结构及功能基含量的关系，获得影响膜结构及质子传导性能的关键因素及敏感参数。（2）选择聚合反应单体、控制参与聚合反应的关键粒子种类和粒子能量，在质子交换膜中引入有功能性基团形成的用于质子传导的连续通道（微观亲-疏水相分离结构）以及由于分子结构位阻效应产生的有利于质子传导的空隙结构，提高质子传导能力。（3）采用等离子体溅射技术制备超薄表面平整光滑的催化剂层。本项目研究的最终目的是致力于制备燃料电池的关键部件全部利用等离子体。.本项目完成了预计的研究任务，共发表SCI论文11篇，申请发明专利4项，已授权两项。取得的重要结果是等离子体聚合沉积的质子交换膜的所有参数超过Nafion117膜（参见封面文章Preparation of proton exchange membranes by a plasma polymerization method and its application in direct methanol fuel cells (DMFCs). Plasma Process. Polym. 7 (2010) DOI: 10.1002/ppap.200900137）。