基于PIM的碱性膜自由体积调控及性能研究
发布时间：2020-12-04 22:59
阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）具有可使用非贵金属催化剂、氧化还原过电位低等优势而得到广泛关注和研究。阴离子交换膜（AEMs）作为燃料电池的核心部件,面临电导率低和稳定性较差的缺点限制了其实际应用。本论文基于改善在低离子交换容量（IEC）下微相分离不彻底、电导率较低的问题,从膜内自由体积调控的角度出发,采用共混和扩链两条实验路线,利用具有高自由体积特性的自具微孔聚合物（PIM）在膜内构筑微孔,增大自由体积,促进微相分离强化在低IEC水平下的氢氧根离子传导,实现电导率与稳定性的相互平衡,主要研究内容如下:1.PIM共混。利用共混法在膜内构筑微孔,离子化聚砜作为膜的主要组成部分,低离子化程度的PIM作为共混组分,制备梯度PIM含量的共混型AEMs（MmPSF/MmPIM-X）。对比试验MmPSF膜在30℃下电导率为11.5 mS cm-1,BET比表面积(SBET)仅为41 m2 g-1。而经过PIM共混改性后,SBET增大到119 m2 g-1...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 燃料电池
1.1.1 燃料电池概述
1.1.2 燃料电池分类
1.2 聚合物电解质燃料电池
1.3 阴离子交换膜
1.3.1 阴离子交换膜的使用要求
1.3.2 阴离子交换膜的化学组成与传递机理
1.4 阴离子交换膜研究进展
1.4.1 高IEC与交联结合
1.4.2 嵌段主链构造微相分离
1.4.3 侧链接枝构造微相分离
1.4.4 自由体积促进离子传导
1.5 自具微孔聚合物在AEMs中的应用
1.6 选题意义及本文研究内容
2 PIM共混改性聚砜基阴离子交换膜的制备及性能
2.1 实验部分
2.1.1 实验材料
2.1.2 PIM共混型AEMs的制备
2.1.3 非离子化PIM型共混膜制备
2.1.4 仪器设备与测试方法
2.2 化学结构分析
2.2.1 单体的核磁表征
2.2.2 BrPIM和 MmPIM的核磁表征
2.2.3 CMPSF和 MmPSF的核磁表征
2.2.4 BrPIM和 MmPIM的红外表征
2.3 自由体积研究
2 吸附测试"> 2.3.1 N2 吸附测试
2.3.2 差示扫描量热法测试
2.3.3 丙酮吸附测试
2.4 微观形貌研究
2.4.1 透射电子显微镜测试
2.4.2 扫描电子显微镜测试
2.4.3 小角度X射线测试
2.5 共混膜的性能研究
2.5.1 电导率和IEC
2.5.2 吸水率和溶胀率
2.5.3 热稳定性
2.5.4 机械性能
2.5.5 碱稳定性
2.5.6 电池性能
2.6 本章小结
3 PIM扩链改性聚砜基阴离子交换膜的制备及性能
3.1 实验部分
3.1.1 实验材料
3.1.2 PIM扩链型AEMs的制备
3.1.3 聚砜型AEMs制备
3.1.4 PSK扩链型AEMs的制备
3.1.5 仪器设备与测试方法
3.2 化学结构分析
3.2.1 F-PSF和 OH-PIM的核磁表征
3.2.2 PIM-b-PSF,CM-PIM-b-PSF和 DMBA-PIM-b-PSF的核磁表征
3.2.3 PIM氯甲基化前后结构核磁表征
3.2.4 DMBA-PSF的核磁表征
3.2.5 聚合物的分子量及分布
3.3 扩链反应前后自由体积变化
2吸附测试"> 3.3.1 N2吸附测试
3.3.2 差示扫描量热法测试
3.4 微观形貌研究
3.4.1 透射电子显微镜测试
3.4.2 小角度X射线衍射测试
3.5 扩链反应前后膜性能研究
3.5.1 电导率和IEC
3.5.2 吸水率和溶胀率
3.5.3 热稳定性
3.5.4 机械性能
3.5.5 碱稳定性
3.5.6 电池性能
3.6 自由体积与嵌段效应探究
3.7 本章小结
结论
创新点及展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：2898384
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 燃料电池
1.1.1 燃料电池概述
1.1.2 燃料电池分类
1.2 聚合物电解质燃料电池
1.3 阴离子交换膜
1.3.1 阴离子交换膜的使用要求
1.3.2 阴离子交换膜的化学组成与传递机理
1.4 阴离子交换膜研究进展
1.4.1 高IEC与交联结合
1.4.2 嵌段主链构造微相分离
1.4.3 侧链接枝构造微相分离
1.4.4 自由体积促进离子传导
1.5 自具微孔聚合物在AEMs中的应用
1.6 选题意义及本文研究内容
2 PIM共混改性聚砜基阴离子交换膜的制备及性能
2.1 实验部分
2.1.1 实验材料
2.1.2 PIM共混型AEMs的制备
2.1.3 非离子化PIM型共混膜制备
2.1.4 仪器设备与测试方法
2.2 化学结构分析
2.2.1 单体的核磁表征
2.2.2 BrPIM和 MmPIM的核磁表征
2.2.3 CMPSF和 MmPSF的核磁表征
2.2.4 BrPIM和 MmPIM的红外表征
2.3 自由体积研究
2 吸附测试"> 2.3.1 N2 吸附测试
2.3.2 差示扫描量热法测试
2.3.3 丙酮吸附测试
2.4 微观形貌研究
2.4.1 透射电子显微镜测试
2.4.2 扫描电子显微镜测试
2.4.3 小角度X射线测试
2.5 共混膜的性能研究
2.5.1 电导率和IEC
2.5.2 吸水率和溶胀率
2.5.3 热稳定性
2.5.4 机械性能
2.5.5 碱稳定性
2.5.6 电池性能
2.6 本章小结
3 PIM扩链改性聚砜基阴离子交换膜的制备及性能
3.1 实验部分
3.1.1 实验材料
3.1.2 PIM扩链型AEMs的制备
3.1.3 聚砜型AEMs制备
3.1.4 PSK扩链型AEMs的制备
3.1.5 仪器设备与测试方法
3.2 化学结构分析
3.2.1 F-PSF和 OH-PIM的核磁表征
3.2.2 PIM-b-PSF,CM-PIM-b-PSF和 DMBA-PIM-b-PSF的核磁表征
3.2.3 PIM氯甲基化前后结构核磁表征
3.2.4 DMBA-PSF的核磁表征
3.2.5 聚合物的分子量及分布
3.3 扩链反应前后自由体积变化
2吸附测试"> 3.3.1 N2吸附测试
3.3.2 差示扫描量热法测试
3.4 微观形貌研究
3.4.1 透射电子显微镜测试
3.4.2 小角度X射线衍射测试
3.5 扩链反应前后膜性能研究
3.5.1 电导率和IEC
3.5.2 吸水率和溶胀率
3.5.3 热稳定性
3.5.4 机械性能
3.5.5 碱稳定性
3.5.6 电池性能
3.6 自由体积与嵌段效应探究
3.7 本章小结
结论
创新点及展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：2898384
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