《高性能聚合物电解质膜的设计、制备及性能调控》

奖项类别：江苏省高校科学研究成果奖二等奖

技术简介：

近年来环境污染、能源危机等问题日益严重，燃料电池作为一种清洁、高效的能量转换装置受到广泛关注。离子交换膜是燃料电池的核心组件，其性能的好坏决定着燃料电池的性能和寿命，高性能离子交换膜的研制是推动燃料电池应用和发展的关键。碱性阴离子交换膜(AEMs)耐碱性差、电导率低的现状限制了阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)的应用和发展。针对这些问题，申请人在国家自然科学基金青年基金、面上基金、江苏省教育厅高等学校自然科学研究重大项目等项目的资助，围绕燃料电池及其关键材料开展了系统的研究工作，提出了基于高耐碱性高电导率AEMs的设计新思路，发展了多种高性能碱性AEMs，取得了一系列研究成果。

主要科学发现和创新成果如下：

1.从分子设计角度出发通过调控聚合物主链结构及组成、侧链的长度和离子基团的密度等方式，构建微相分离结构和离子传输通道，提高AEMs的离子电导率，制备出兼具高离子电导率及优异机械性能的AEMs；

2.申请人率先采用咪唑、哌啶及其衍生物制备了碱性阴离子交换膜(AEMs)，提出了简单、绿色制备AEMs的方法，揭示了咪唑、哌啶阳离子的降解机理，阐明了阳离子结构与耐碱性的关系，并提出了相应的稳定机制，研究结果表明该创新思路具有很好的普适性，有力的推动了高性能AEMs的发展；

3.提出并证实了聚合物主链结构、阳离子的位置同样会影响AEMs耐碱性，设计合成主链无醚键聚合物和含杂环的功能有机小分子，将功能有机小分子作为阳离子侧链修饰到主链上，增大阳离子基团与聚合物主链的距离，减弱阳离子对主链的电子效应，进一步提高聚合物的耐碱性。

这些基础问题的研究具有重要意义：一方面为主动设计及调控高性能AEMs提供理论支持和实验数据；另一方面有利于推进我国发展拥有自主知识产权的新能源材料与器件，特别是对燃料电池和液流电池的发展和推广具有重要意义，有利于缓解环境污染和能源短缺的世界性难题。

研发人员：林本才