质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）是一种用于燃料电池的关键组件。它具有高导电性、低渗透性和化学稳定性，能够有效地将氢气和氧气在阳极和阴极之间进行电化学反应，产生电能。

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）在120~200℃的服役温度范围内具有输出功率高、水热管理系统简单、杂质气体耐受力强、燃料来源广泛等优点，受到了国内外研究人员的广泛关注。然而，研发可在宽温/湿度范围内高效运行的质子交换膜成为当前挑战。特别是拓宽其低温运行窗口、实现冷启动对这类质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域的实际应用具有重要意义。

利用多聚磷酸溶胶凝胶法与原位内酯开环反应设计并合成了一系列磷酸（PA）掺杂的具有柔性烷基侧链的磺化聚苯并咪唑（PBI）质子交换膜，构建出由具有柔性烷基侧链连接的磺酸基团和芳香咪唑骨架双重位点的质子传输途径。深入探究了磺酸基团侧链长度与含量对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律。研究结果表明，所制备的凝胶态的质子交换膜具有多孔结构，利于吸收大量磷酸并提供质子快速传输通道。其中，PA/PS-PBI-3展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能和稳定性，为实现宽温域运行（25-240℃）提供新方案。

技术优势

1：采用PPA溶胶凝胶法制备质子交换膜，具有多孔结构，利于吸收更多磷酸并提供质子快速传输通道，提高其电导率

2:构建出由具有柔性烷基侧链连接的磺酸基团和芳香咪唑骨架双重位点的质子传输途径，深入探究磺酸基团侧链长度与含量对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律

3：PA/PS-PBI-3展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能和稳定性，为实现宽温域运行（25-240℃）提供新方案

场景应用

质子交换膜在燃料电池中的应用范围广泛，涵盖了车辆动力、便携式电源、家庭和商业应用、航空航天以及纯氢能源系统等领域。随着技术的不断进步和成本的降低，质子交换膜燃料电池有望在未来成为清洁能源领域的重要组成部分。

质子交换膜样品

未掺杂和掺杂的Gel-PBI膜在扭曲和折叠后的机械完整性和可恢复性