膦酸功能化硅氧烷/SPEEK质子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2023-09-03 22:00

　　作为一种新型能源方式,质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其低污染、高能量转化率的特点受到了研究者们的广泛重视。而作为其核心部件的质子交换膜(PEM),它的性能好坏直接影响PEMFC的整体性能。经过多年的探索,目前的研究方向主要在于提升PEM的使用温度,因为操作温度的提升不仅可以有效地降低PEMFC的运行成本,而且能够避免低温工作可能带来的催化剂中毒以及气体渗透等问题。膦酸凭借其独特的酸碱两性性质,被广泛地应用于高温PEM的研究。以膦酸作为质子传导单元的PEM能够在高温下发挥良好的导电性能,但是也普遍存在低温电导率低,成膜困难以及力学性能差的问题;而且高温膜在启动及低温下运行时需要一定的热机时间才能正常工作,影响了效率。因此,本文希望制备出一种不依赖于温度,在高低温下均能够正常运行的PEM。本论文采用环氧开环反应将氨基三甲叉膦酸(ATMP)以共价键的形式键合到2-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(EHTMS)上,并用磺化聚醚醚酮(SPEEK)加以复合;同时利用EHTMS的自水解交联反应,在SPEEK基体中形成连续的Si-O-Si交联网络。排除游离膦酸的影响,根据ATMP、EHTMS...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 燃料电池
        1.1.1 燃料电池的概述
        1.1.2 燃料电池的分类与应用
    1.2 质子交换膜燃料电池
        1.2.1 质子交换膜燃料电池概述
        1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作机理
        1.2.3 质子交换膜的质子传递机理
        1.2.4 质子交换膜燃料电池的商业化
    1.3 质子交换膜的研究进展
        1.3.1 磺化聚合物质子交换膜
            1.3.1.1 全氟磺酸膜及其改性
            1.3.1.2 磺化聚合物膜及其改性
        1.3.2 磷(膦)酸化质子交换膜
        1.3.3 磷(膦)酸化、磺化聚合物复合质子交换膜
    1.4 研究意义和内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
第2章 膦酸功能化硅氧烷/SPEEK质子交换膜的制备及结构分析
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 实验原理
        2.2.3 溶剂以及原材料配比的选择
        2.2.4 实验步骤
            2.2.4.1 SPEEK的制备
            2.2.4.2 膦酸功能化硅氧烷的制备
            2.2.4.3 膦酸功能化硅氧烷/SPEEK质子交换膜的制备
    2.3 结构及形貌表征
        2.3.1 傅里叶变换红外光谱表征
        2.3.2 X-射线衍射表征
        2.3.3 形貌表征
    2.4 结构分析
        2.4.1 红外光谱(FTIR)分析
        2.4.2 X-射线衍射分析
        2.4.3 形貌分析
    2.5 本章小结
第3章 膦酸功能化硅氧烷/SPEEK质子交换膜的性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
    3.3 性能表征
        3.3.1 离子交换容量(IEC)
        3.3.2 溶胀度(SD)测试
        3.3.3 吸水率(WC)测试
        3.3.4 热稳定性表征
        3.3.5 抗氧化性表征
        3.3.6 机械性能表征
        3.3.7 质子电导率表征
        3.3.8 保水性能表征
        3.3.9 单电池性能表征
    3.4 性能分析
        3.4.1 离子交换容量(IEC)分析
        3.4.2 溶胀度(SD)和吸水率(WC)分析
        3.4.3 热稳定性分析
        3.4.4 抗氧化性分析
        3.4.5 机械性能分析
        3.4.6 质子电导率及保水性分析
        3.4.7 单电池性能分析
    3.5 本章小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间所发表的论文及专利



本文编号：3845847