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、簡jian便bian的de能neng量liang供gong應ying而er受shou到dao廣guang泛fan的de關guan注zhu。作zuo為wei甲jia醇chun燃ran料liao電dian池chi中zhong的de核he心xin部bu件jian之zhi一yi，質zhi子zi交jiao換huan膜mo對dui於yu整zheng個ge電dian池chi的de性xing能neng起qi著zhe至zhi關guan重zhong要yao的de作zuo用yong。然ran而er，由you於yu電dian池chi內nei部bu的de質zhi子zi交jiao換huan膜mo長chang期qi處chu於yu溶rong脹zhang狀zhuang態tai，膜mo表biao麵mian很hen容rong易yi產chan生sheng微wei小xiao的de裂lie紋wen或huo孔kong洞dong。在zai長chang期qi使shi用yong過guo程cheng當dang中zhong
，這zhe些xie微wei小xiao的de缺que陷xian會hui演yan變bian成cheng很hen嚴yan重zhong的de機ji械xie損sun傷shang，最zui終zhong導dao致zhi大da量liang的de甲jia醇chun由you陽yang極ji滲shen透tou到dao陰yin極ji從cong而er大da大da降jiang低di電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming。同tong時shi
，甲jia醇chun燃ran料liao電dian池chi在zai實shi際ji使shi用yong中zhong不bu可ke避bi免mian地di會hui遭zao受shou撞zhuang擊ji或huo震zhen蕩dang，從cong而er對dui質zhi子zi交jiao換huan膜mo造zao成cheng物wu理li損sun傷shang。因yin此ci
，為wei了le保bao證zheng甲jia醇chun燃ran料liao電dian池chi能neng夠gou長chang期qi穩wen定ding地di工gong作zuo，賦fu予yu質zhi子zi交jiao換huan膜mo修xiu複fu機ji械xie損sun傷shang並bing回hui複fu質zhi子zi傳chuan導dao和he阻zu隔ge甲jia醇chun的de能neng力li具ju有you重zhong要yao的de意yi義yi。

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。