多功能氧化石墨烯填充强化 Nafion 复合膜 在低湿度下的质子传递

在质子交换膜燃料电池 (PEMFCS)中,Nafion 作为目前最具代表性的聚电解质，存在低湿度下质子传导率显著降低的问题．该缺陷严重影响了燃料电池 系统工作的高效性和稳定性，本研究中，通过向 Nafion 膜中掺杂多功能氧化石墨烯(GO)纳米片,品著提高了复合膜在低相对湿度(RH)下的离子传递特性．通过表面引发原子转移自由基聚合，以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸-3一磺酸丙酯（SPM)作为聚合单体，制备得到了共聚物链段接枝的 GO,将其填充到 Nafion 膜内可形成有效的界面质子传递通道．其中，己氧(E0)单元中的氧原子和SPM 单体中的磺酸基团分别作为额外的质子结合及释放位点，促进质子在膜内的跳跃传递。

与此同时，聚乙二醇链段的吸湿性可以增强膜的保水能力，进而有效提高膜在低湿条件下的质子传导率。在填充剂含量为 1Wt%时，复合膜的质子传导率高达2.98×10-2 S/cm(80 °C,40%RH)条件下为，比纯 Nafion 膜的质子传导率高出10倍左右.在60°C,50% RH 条件下进行电池性能测试，该复合膜相比纯膜在峰值功率密度上增长 135.5%，表明该复合膜在 PEMFCS中具有良好的应用前景。

关键词：Nafion 复合膜；氧化石墨烯纳米片；乙氧基团；低湿度；质子传导率