螺环阳离子负载型碱性聚电解质膜的制备与研究
发布时间：2021-04-17 04:12
当前能源紧缺与环境污染的问题推动了新能源的开发利用。燃料电池因其启动快,噪音小,能量转化效率高等优势在氢能的发展运用中得到了长足的研究进展。其中可用范围广泛的聚电解质膜燃料电池吸引了众多实验室的研究,而质子交换膜燃料电池对贵金属的依赖催生了众多课题组对成本更低的阴离子交换膜燃料电池的研究。作为阴离子交换膜燃料电池核心组件的阴离子交换膜因而成为了研究的热点,设计并制备出具备高机械稳定性,高离子传导率及高碱稳定性的阴离子交换膜成为了迫切需求。近年来在机械稳定性及离子传导率方面的研究有了充足的进展,因而碱稳定性逐渐成为了研究的重点。在此需求下,各课题组研究出不含杂原子的骨架及氮杂螺环阳离子具有很高的碱稳定性。为了将碱稳定的骨架和阳离子进行综合运用,制备综合性能优异的阴离子交换膜,本文制备了接枝螺环阳离子的聚联苯哌啶膜:1.接枝侧链螺环阳离子的聚联苯哌啶膜的研究。这种结构的阴离子交换膜具有优异的碱稳定性,在长达1400 h的80℃的2 MNaOH溶液的测试环境下表现出了优异的碱稳定性。部分接枝的侧链螺环阳离子,可以有效地构建微相分离结构以提高膜的离子传导率。其中PBP-BOP-ASU 8%膜在...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１阴离子交换膜燃料电池工作原理图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ａｎｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??
?第一章绪论???寸和足够的寿命［１５＿１７］。??１．２．２阴离子交换膜的研究进展??阴离子交换膜主要由聚合物骨架和接枝的功能性阳离子基团构成。聚合物骨架主??要有：聚苯醚，聚砜，聚醚酮，氢化苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物，聚联苯哌啶等［１８？］。??近年来研宄较多的阳离子类型主要为季铵盐和季燐盐等，季铵阳离子体积比较小，获??得了更多的研究［１４，２８，２９］。季铵盐类阳离子类型主要有：烷基季铵化阳离子，咪唑类阳??离子，桥环类阳离子，环状季铵阳离子，螺环类季铵阳离子等［３＜）＿３８］。多种多样的ＡＥＭ??依据组成的不同，可以大致分为有机膜和有机无机复合膜，其中有一类组成上为有机??膜，但是构造和制备方式和常见的有机类ＡＥＭ有所区别，本文将这可以自成体系的??一类膜归类为增强基底膜。近年来常见的骨架和季铵类阳离子的示意图如图１－２和图??１－３所示：??ｃｈ３??ＣＨ３?聚砜??聚苯醚??ＣＦ３??聚醚酮??氢化苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物?聚联苯哌啶１??图１－２常见骨架结构图示例??Ｆｉｇ．?１－２?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ｃｏｍｍｏｎ?ｂａｃｋｂｏｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ??３??
?北京化工大学硕士学位论文???＼?ｗ?ＵｎＪ??四甲基季?咪唑?＼??按阳离子?阳奸??Ｃ１?ＣＯ??环状?螺环类??阳离子?阳离子??图１－３常见季铵阳离子结构图示例??Ｆｉｇ．?１－３?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ｃｏｍｍｏｎ?ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ?ａｍｍｏｎｉｕｍ?ｃａｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ??１．２．２．１有机膜??为了制备出高离子传导率，机械稳定及碱稳定的ＡＥＭ，众多课题组在多个方面??进行了研究。影响离子传导率的因素一般有离子交换容量，水吸收，微观的亲水－疏水??相分离结构等［１４］。提高离子传导率的方法一般为：（１）适当提高离子交换容量，在一??定范围内，ＡＥＭ的离子传导率随离子交换容量的增大而增大，这是因为可以用来传??导Ｏｆｆ的阳离子位点在增多。值得注意的是过高的离子交换容量会引起过度的水吸收，??从而导致ＡＥＭ内阳离子含量的稀释，反而会导致离子传导率的降低［３９］。（２）另一种??常用的提高离子传导率的方法是通过分子结构设计来构建传导０Ｈ？的离子通道，从微??观上来看即构建亲水－疏水微观相分离结构（３）除此之外，也有一些通过外部场??效应改善ＡＥＭ离子传导率的研究成果［４１］。??Ｔｏｎｇｗｅｎ?Ｘｕ课题组［４２］曾设计了一种接枝含长脂肪族间隔链的双阳离子的梳状结??构的ＡＥＭ。其梳状结构示意图如图１－４所示。该ＡＥＭ以聚苯醚为骨架，通过溴代的??方式在骨架上改性出可以接枝叔胺结构小分子的苄基溴位点。所接枝的阳离子为用烷??基完全季铵化的季铵阳离子。双阳离子结构可以增强侧链的亲水性，柔性脂肪族间隔??链可以增加季铵阳离子的活动性，因而能够构建更好的
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池的发展与应用[J]. 常雪嵩,周瑶,田萌,李连豹,韦虹,李双清,李军,王瑞平. 小型内燃机与车辆技术. 2019(03)
[2]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[3]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
本文编号：3142785
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１阴离子交换膜燃料电池工作原理图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ａｎｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??
?第一章绪论???寸和足够的寿命［１５＿１７］。??１．２．２阴离子交换膜的研究进展??阴离子交换膜主要由聚合物骨架和接枝的功能性阳离子基团构成。聚合物骨架主??要有：聚苯醚，聚砜，聚醚酮，氢化苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物，聚联苯哌啶等［１８？］。??近年来研宄较多的阳离子类型主要为季铵盐和季燐盐等，季铵阳离子体积比较小，获??得了更多的研究［１４，２８，２９］。季铵盐类阳离子类型主要有：烷基季铵化阳离子，咪唑类阳??离子，桥环类阳离子，环状季铵阳离子，螺环类季铵阳离子等［３＜）＿３８］。多种多样的ＡＥＭ??依据组成的不同，可以大致分为有机膜和有机无机复合膜，其中有一类组成上为有机??膜，但是构造和制备方式和常见的有机类ＡＥＭ有所区别，本文将这可以自成体系的??一类膜归类为增强基底膜。近年来常见的骨架和季铵类阳离子的示意图如图１－２和图??１－３所示：??ｃｈ３??ＣＨ３?聚砜??聚苯醚??ＣＦ３??聚醚酮??氢化苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物?聚联苯哌啶１??图１－２常见骨架结构图示例??Ｆｉｇ．?１－２?Ｅｘａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ｃｏｍｍｏｎ?ｂａｃｋｂｏｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍｓ??３??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池的发展与应用[J]. 常雪嵩,周瑶,田萌,李连豹,韦虹,李双清,李军,王瑞平. 小型内燃机与车辆技术. 2019(03)
[2]燃料电池的发展趋势及研究进展[J]. 蒋清梅. 山东化工. 2017(22)
[3]氢燃料电池的研究进展[J]. 胡庆松. 汽车实用技术. 2017(21)
本文编号：3142785
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