离子液体掺杂ABPBI/环氧POSS星型杂化复合电解质膜的性能研究

发布时间：2023-09-28 21:48

　　质子交换膜作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,承担着传导质子、承载催化剂、分隔燃料和氧化剂的三重作用,其性能的优劣直接影响着燃料电池的寿命和工作性能。当前使用最为广泛的是杜邦生产的全氟磺酸膜Nafion^?,但其使用温度被限制在100 ^oC以下,强烈依赖于水的存在,且价格昂贵。聚苯并咪唑类(PBIs)材料具有优异的热稳定性、化学稳定性及机械性能,掺杂磷酸后可以在高温条件下具备较好的质子传导能力,但磷酸在电池运行中易流失,会导致电极腐蚀、催化剂中毒等问题。因此研发出一种质子传导能力稳定、且对电池无毒害作用的质子交换膜迫在眉睫。本文使用PBIs中结构最为简单的聚2,5-苯并咪唑(ABPBI)作为聚合物基材,选用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF₄)作为非水质子导体进行填充提高复合膜质子传导率,同时使用环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(EP-POSS)作为无机填料以期提高复合膜的热稳定性和机械性能。具体研究内容如下:1、采用两步法合成ABPBI/EP-POSS复合膜。第一步使用聚3,4-二氨基苯甲酸(DAB...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 质子交换膜燃料电池
        1.2.1 质子交换膜燃料电池的基本结构和工作原理
        1.2.2 质子交换膜燃料电池的应用
        1.2.3 质子交换膜燃料电池的研究现状和主要问题
    1.3 质子交换膜
        1.3.1 质子交换膜的作用及使用要求
        1.3.2 质子交换膜的质子传递机理
        1.3.3 常用质子交换膜的种类及问题
    1.4 多面体低聚倍半硅氧烷
        1.4.1 多面体低聚倍半硅氧烷的结构和性能
        1.4.2 多面体低聚倍半硅氧烷在改性质子交换膜中的应用
    1.5 离子液体
        1.5.1 离子液体的结构和分类
        1.5.2 离子液体在质子交换膜中的作用机理和应用
    1.6 选题意义及研究内容
第2章 星型聚2,5-苯并咪唑/环氧基聚倍半硅氧烷复合聚合物质子交换膜的制备与表征
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验设备及测试仪器
        2.2.3 ABPBI/EP-POSS复合膜的制备
        2.2.4 测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 产物红外表征
        2.3.2 复合膜热稳定性表征
        2.3.3 复合膜磷酸掺杂测定
        2.3.4 复合膜形貌表征
        2.3.5 复合膜机械性能表征
        2.3.6 复合膜接触角及吸水率测定
        2.3.7 复合膜质子传导率测定
    2.4 本章小结
第3章 聚2,5-苯并咪唑/离子液体复合质子交换膜的制备与表征
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验设备及测试仪器
        3.2.3 ABPBI/IL膜的制备
        3.2.4 测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 膜的结构分析
        3.3.2 膜的热稳定性表征
        3.3.3 膜的表面形貌表征
        3.3.4 膜的机械性能测试
        3.3.5 膜的吸水率测试
        3.3.6 膜的流失率测试
        3.3.7 膜的质子传导率测试
    3.4 本章小结
第4章 聚2,5-苯并咪唑/环氧基聚倍半硅氧烷离子液体复合质子交换膜的制备与表征
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 实验设备及测试仪器
        4.2.3 ABPBI/EP-POSS/IL复合膜的制备
        4.2.4 测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 聚合物结构分析
        4.3.2 聚合物热稳定性分析
        4.3.3 聚合物表面形貌分析
        4.3.4 膜的吸水率测试
        4.3.5 膜的流失率测试
        4.3.6 膜的质子传导率测试
    4.4 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢
附录



本文编号：3848661