除了电解制氢,大公司也在关注PEM、AEM材料的合成了
其实,目前大家都在关注的电解制氢技术中涉及的质子交换膜、阴离子交换膜材料都已经是别人搞了多年的残羹剩菜了,大公司此时捡拾起来不知在知识产权方面会有怎样的纠纷,果真介入,结果可能就是又要支付一大笔知识产权费了。这样操作,大公司圈养的科研人员,高级专家甚至院士、会士们估计会感到很没面子的。因为即使做最基本的基体材料也可能存在产权纠纷,而这些可以作为耐高温材料的基材已经有不少小厂在生产、销售、使用,市面上可供使用。该类产品有时号称特种工程塑料,主要特点就体现在耐高温性、耐溶剂倾蚀性等方面,但其最大的特点可能还是没有大规模生产的单体可供选择,单体的品种也不是很多,因此,市场规模也不一定很大,此时财大气粗的大公司介入这个领域存在与民争利的嫌疑,让早期介入该行业的民企等社会产能从业人员对此行为严重不耻。
今天提到的PEM材料和AEM材料主要指聚芳醚砜等在其他领域应用已证明为优质基材类特种工程塑料,当然能否作为PEM、AEM材料在电解制氢、氢燃料电池领域使用,还是一个未知数,起码其基材是不能直接在电解制氢和燃料电池领域使用的,没有亲水基团引入,基材的质子或者阴离子交换功能将无法得到保证。
文献大量报道的PEM材料结构中主要含有亲水的磺酸基官能团,以聚四氟乙烯为基材的产品最为常见,但该材料据称耐温性不是很好,所以选择以耐高温聚合材料为基材的膜材料居多,但其结构中无论是键合还是参入都必须有亲水基团或者水溶性物质存在。AEM结构中则主要以季铵离子基团为主。但在碱性条件下使用,还存在一些问题。
AEM在碱性条件下的稳定性远低于在酸性条件下的质子交换膜。氢氧化物诱导的降解可以发生在主链和官能团上。聚合物骨架的降解,导致链的断裂,使分子量降低。这导致膜的脆性增加,在芳香醚基存在时尤其明显。因此,不幸的是,这一类应该避免存在于许多廉价和容易获得的聚合物中,如PEEK、PESU和环氧聚苯(PPO)。官能团的降解并不一定会影响膜的力学完整性,但会降低离子的电导率。对于最常见的官能团,季铵离子,降解主要通过亲核取代反应发生,其中氢氧根离子与甲基反应为甲醇,与亚甲基反应为游离三甲基胺和聚合物结合醇基。其他讨论的反应是霍夫曼消除,这只有在β-氢原子存在的情况下才可能发生(即ch2ch2n(CH3)3和非常小的索梅莱-豪瑟和史蒂文斯重排。
所以,对已准备进军该领域的企业来讲,还有以下内容需要考虑:
(1)大多数AEMs需要克服碱性稳定性低的问题。(2)在保持低氢渗透性的同时,需要降低AEMs的离子电阻。(3)许多研究人员仍在使用PGM催化剂,因为它们是一个方便的基准。(4)降低溶液的碱度,最终达到纯水。(5)需要开发合适的离子粘合剂。