POSS改性聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2021-08-29 04:47

　　聚合物电解质燃料电池由于其绿色高效成为最具发展前景的能源转化装置。质子交换膜在燃料电池中起着阻隔燃料、传递质子的作用,因此也是决定燃料电池性能的关键因素之一。与中低温燃料电池相比,高温（>120 ℃）燃料电池可避免催化剂CO中毒,并简化了水热管理系统、降低成本,因此,发展高温燃料电池质子交换膜具有重要意义。聚苯并咪唑由于其高的热化学稳定性及咪唑环的潜在的质子传导性能,成为高温质子交换膜的首选材料之一。纯聚苯并咪唑须经磷酸掺杂,形成氢键网络,在高温无水条件下进行质子跳跃传输。然而,由于磷酸的塑化作用和聚苯并咪唑的结晶性,聚苯并咪唑质子交换膜存在高磷酸掺杂机械性能下降,而低的磷酸掺杂质子传导率偏低的问题。因此,如何在保持高质子传导率的同时,保证高的机械强度是目前该领域研究的重点和难点。基于以上背景,本论文设计并制备了主链含碱性吡啶结构、非共平面二氮荷结构、侧链含羟基的聚苯并咪唑质子交换膜,旨在增加分子链本身质子受体与供体密度、打乱分子链间的有序堆叠,从而有利于分子链与磷酸间连续氢键网络的形成。并将纳米级POSS通过化学键引入聚合物中,借助POSS的塑化作用,进一步降低聚合物内部的结晶... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池
        1.1.1 燃料电池简介
        1.1.2 燃料电池的分类
    1.2 质子交换膜燃料电池
        1.2.1 质子交换膜研究进展
        1.2.2 高温质子交换膜燃料电池
    1.3 聚苯并咪唑类简介
        1.3.1 聚苯并咪唑的合成方法
        1.3.2 聚苯并咪唑的应用
    1.4 聚苯并咪唑类质子交换膜
    1.5 优秀质子交换膜的要求
    1.6 聚苯并咪唑类质子交换膜的改性研究
        1.6.1 物理改性
        1.6.2 化学改性
    1.7 多面体聚倍半硅氧烷
        1.7.1 多面体聚倍半硅氧烷的结构及性能
        1.7.2 POSS的合成
        1.7.3 多面体聚倍半硅氧烷改性聚合物
        1.7.4 多面体聚倍半硅氧烷在质子交换膜中的应用
    1.8 本论文的选题思想与目的
    参考文献
第二章 POSS接枝聚苯并咪唑质子交换膜的制备及性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料与试剂
        2.2.2 实验所需的仪器
        2.2.3 性能测试
        2.2.4 实验单体的合成
        2.2.5 聚合物的合成
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 单体结构表征
        2.3.2 聚合物结构表征
        2.3.3 接枝PBI的红外谱图
        2.3.5 接枝PBI的吸水率、溶胀率及磷酸掺杂水平
        2.3.6 聚合物溶解性测试
        2.3.7 磷酸掺杂聚苯并咪唑热性能
        2.3.8 磷酸掺杂POSS接枝PBI的抗氧化稳定性
        2.3.9 磷酸掺杂POSS接枝PBI的机械性能
        2.3.10 磷酸掺杂POSS接枝PBI的质子传导率
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 POSS交联聚苯并咪唑质子交换膜的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 原料与试剂
        3.2.2 实验所需的仪器
        3.2.3 性能测试
        3.2.4 实验单体的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 单体结构表征
        3.3.2 聚合物的结构表征
        3.3.3 交联聚合物的吸水率、溶胀率及磷酸掺杂水平
        3.3.4 交联膜的热稳定性以及机械性能
        3.3.5 交联聚合物的氧化稳定性
        3.3.6 交联聚合物的质子传导率
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 主要结论
在校期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Poly（2,5-benzimidazole）/TriSilanolPhenyl POSS Composite Membranes for Intermediate Temperature PEM Fuel Cells[J]. 刘清亭,NI Na,SUN Quan,WU Xiaoxue,BAO Xujin,FAN Zhang,ZHANG Rong,HU Shengfei,Zhao Feng,LI Xiao.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(01)
[2]多面体低聚倍半硅氧烷改性聚合物材料研究进展[J]. 林谦,陈超,孙争光,黄世强.  有机硅材料. 2009(03)
[3]聚苯并咪唑树脂的合成及其应用[J]. 陆伟峰,虞鑫海.  绝缘材料通讯. 2000(05)

博士论文
[1]用于直接甲醇燃料电池的交联型质子交换膜的制备与膜性能的研究[D]. 王静.吉林大学 2012

硕士论文
[1]含二氮芴可溶聚苯并咪唑的合成与性能研究[D]. 汤一尧.兰州大学 2017
[2]POSS改性聚芳醚酮类质子交换膜的研究[D]. 葛晓光.吉林大学 2017
[3]POSS接枝聚苯并咪唑共聚物的制备及其性能研究[D]. 赵冰洁.山东大学 2016
[4]聚苯并咪唑/倍半硅氧烷/离子液体复合质子交换膜的制备与性能[D]. 倪娜.湖北工业大学 2016
[5]分子链含POSS芳香族聚合物质子交换膜的制备及性能研究[D]. 吴忠营.兰州大学 2016



本文编号：3369939