自修複膜為延長DMFC使用壽命提供新思路

據Materials Views網站報道：化石燃料的枯竭以及隨之而來的環境汙染問題嚴重地影響了人們的日常生活和身體健康。甲醇是一種清潔

、廉價的燃料
，它具有較高的能量密度且存儲方便。直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種可以將化學能直接轉化成電能的裝置。由於其具有高能效、低汙染排放、較長的運行時間、jianbiandenenglianggongyingershoudaoguangfandeguanzhu。zuoweijiachunranliaodianchizhongdehexinbujianzhiyi，zhizijiaohuanmoduiyuzhenggedianchidexingnengqizhezhiguanzhongyaodezuoyong。raner
，youyudianchineibudezhizijiaohuanmochangqichuyurongzhangzhuangtai，mobiaomianhenrongyichanshengweixiaodeliewenhuokongdong。zaichangqishiyongguochengdangzhong
，zhexieweixiaodequexianhuiyanbianchenghenyanzhongdejixiesunshang，zuizhongdaozhidaliangdejiachunyouyangjishentoudaoyinjicongerdadajiangdidianchideshiyongshouming。tongshi，jiachunranliaodianchizaishijishiyongzhongbukebimiandihuizaoshouzhuangjihuozhendang，congerduizhizijiaohuanmozaochengwulisunshang。yinci，weilebaozhengjiachunranliaodianchinenggouchangqiwendingdigongzuo，fuyuzhizijiaohuanmoxiufujixiesunshangbinghuifuzhizichuandaohezugejiachundenenglijuyouzhongyaodeyiyi。

近日，吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室的孫俊奇教授課題組將Nafion樹脂和聚乙烯醇（PVA）形成的複合物膜通過後浸泡的方式修飾上對醛基苯甲酸（CBA）分子，從而製備了首例本征型自修複質子交換膜（簡稱CBA/Nafion−PVA膜）。與傳統的Nafion膜相比
，CBA/Nafion−PVA膜具有更優異的機械性能，其斷裂強度和伸長率分別可達~20.3 MPa和~380%。CBA/Nafion−PVA膜在80 °C的水中的質子傳導率可達0.11 S/cm
，這一數值比Nafion膜高出20%。PVA的引入以及後修飾CBA分子使膜展現出了優異的質子傳導率和甲醇阻隔能力。在電池性能的測試中，CBA/Nafion-PVA膜展現出了比Nafion膜更優異的性能，電池的最高能量密度和最高電流密度分別達到68.7 mW/cm²和222 mA/cm²。CBA/Nafion−PVA膜在80 ºC的2 M的甲醇溶液中可以修複貫穿整個膜的機械損傷並恢複自身原有的質子傳導率
、甲醇阻隔能力及電池性能。需要強調的是，CBA/Nafion−PVA膜的修複條件是甲醇燃料電池的工作條件，這意味著一旦損傷發生CBA/Nafion−PVA膜(mo)可(ke)以(yi)在(zai)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)自(zi)發(fa)修(xiu)複(fu)損(sun)傷(shang)。自(zi)修(xiu)複(fu)性(xing)能(neng)的(de)引(yin)入(ru)大(da)大(da)地(di)提(ti)高(gao)了(le)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)以(yi)及(ji)甲(jia)醇(chun)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。同(tong)時(shi)，製(zhi)備(bei)自(zi)修(xiu)複(fu)CBA/Nafion−PVA膜所用的都是商業化的材料
，膜的製備過程十分簡單且不需要複雜的儀器設備，這些都有利於其規模生產。

這項工作為製備具有優異電池性能的自修複質子交換膜開辟了新的思路。相關論文在線發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201707146)上。