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磺酸基聚合物膜质子传导率的预测模型及其应用
项目类别:自然科学基金
参与人员:李云琦
起止日期:2017.1-2020.12



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磺酸基聚合物质子交换膜主要用于燃料电池和电解水制氢,是高效能、绿色环保化学能-电能转换技术的核心部件。寻求高质子传导率、降低制膜成本是当前的研究重点,其核心在于明确质子交换膜的特征结构、结构形成机制以及结构与质子传导性能关系,通过微观结构控制实现膜性能提升。利用理论计算、分子模拟、大数据和小角散射的多层次手段,梳理出当前商业化和前沿报道的磺酸基聚合物质子交换膜的特征结构;研究相分离和选择性溶剂作用下具有不同化学结构的含磺酸基嵌段高分子的自组装行为,阐述特征结构形成的热力学和动力学机制;在特定的性能测试和应用环境中,研究浓差场驱动下的质子传导行为,结合膜组分的物理化学特性参量、制备工艺的量化参数,建立针对膜质子传导性能的隐式和显示预测模型。通过这三方面的研究,构建物理机制清晰、普适性可靠的计算机辅助决策方案,为开发高性能聚合物质子交换膜提供稳健的理论支持和切实的成分工艺指导。