苯乙烯系热塑弹性体阴离子交换膜的制备及性能研究
发布时间：2021-08-17 13:34
碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）因具备燃料选择范围广、制造成本低和燃料渗透率低等优点,被认为是最具发展潜力的燃料电池之一。阴离子交换膜（AEMs）作为AEMFCs的核心组件,其性能优劣直接决定着AEMFCs未来的发展前景。性能优异的AEMs必须具备高离子电导率及良好的耐碱稳定性/尺寸稳定性,然而高离子电导率通常需要高离子交换容量（IEC）,这往往会使膜具有较高的吸水率和溶胀度,严重时会造成AEMs的破裂。因此,如何获得兼具高离子电导率和优异尺寸稳定性的AEMs是目前所面临的难点之一。本论文针对这一问题设计并制备了几种综合性能良好的AEMs,主要研究内容如下:（1）首先采用活性阴离子聚合合成低分子量聚苯乙烯（hPS）,并对其与聚（苯乙烯-b-（乙烯-co-丁烯）-b-苯乙烯）（SEBS）分别进行氯甲基化;之后将不同质量比的两者进行溶液共混后加入交联剂并采用溶液浇铸法制膜;最后通过非均相季铵化和碱化反应成功制得一系列SEBS/hPS复合型AEMs,并对其结构和性能进行了测试表征,以探究hPS含量对AEMs微相结构及性能的影响。结果表明,随着hPS含量的增加,AEMs中PS相的尺寸逐...
【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】：83 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 燃料电池的特点
1.1.3 燃料电池的工作原理
1.1.4 燃料电池的分类
1.2 聚合物电解质燃料电池
1.2.1 质子交换膜燃料电池
1.2.2 阴离子交换膜燃料电池
1.3 阴离子交换膜
1.3.1 阴离子交换膜的导电机理
1.3.2 阴离子交换膜面临的问题
1.3.3 阴离子交换膜的研究近况
1.4 本课题立项依据及研究内容
1.4.1 立项依据
1.4.2 研究内容
2 实验材料及性能表征方法
2.1 实验设备及实验材料
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.2 性能表征方法
2.2.1 凝胶渗透色谱(GPC)
2.2.2 核磁共振波谱(1H-NMR)
2.2.3 红外光谱(FT-IR)
2.2.4 差式扫描量热(DSC)
2.2.5 吸水率(WU)和溶胀度(SR)
2.2.6 离子交换容量(IEC)
2.2.7 离子电导率(σ)
2.2.8 机械性能
2.2.9 热失重(TGA)
2.2.10 小角x射线衍射(SAXS)
2.2.11 原子力显微镜(AFM)
2.2.12 透射电镜(TEM)
2.2.13 耐碱稳定性
3 SEBS/hPS复合型阴离子交换膜的制备及性能研究
3.1 前言
3.2 实验过程
3.2.1 实验原料预处理
3.2.2 低分子量h PS的合成
3.2.3 氯甲基化SEBS(CM-SEBS)的合成
3.2.4 氯甲基化h PS(CM-hPS)的合成
3.2.5 SEBS/hPS复合型阴离子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 聚合物的结构表征
3.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
3.3.3 膜的机械性能
3.3.4 膜的热稳定性
3.3.5 膜的微相结构表征
3.3.6 膜的耐碱稳定性
3.4 本章小结
4 结晶型阴离子交换膜的制备及性能研究
4.1 前言
4.2 实验过程
4.2.1 实验原料预处理
4.2.2 氢化SBS(HSBS)的制备
4.2.3 氯甲基化HSBS(CHSBS)的制备
4.2.4 结晶型阴离子交换膜的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 聚合物的结构表征
4.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
4.3.3 膜的热稳定性和机械性能
4.3.4 膜的微相结构表征
4.3.5 膜的耐碱稳定性
4.4 本章小结
5 具有星型支化结构的结晶型阴离子交换膜的制备及性能研究
5.1 前言
5.2 实验过程
5.2.1 实验原料预处理
5.2.2 星型HSBS的制备
5.2.3 星型HSBS的氯甲基化
5.2.4 具有星型结构的结晶型阴离子交换膜的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 聚合物的结构表征
5.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
5.3.3 膜的热稳定性和机械性能
5.3.4 膜的微相结构表征
5.3.5 膜的耐碱稳定性
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis and Properties of SEPS-g-PEO Copolymers with Varying Branch Lengths[J]. Zhong-Fu Zhao,Pei-Ying Liu,Chun-Qing Zhang,Wei Liu,Yan-Hui Wang,Tao Tang,Yi-Fu Ding,Yan-Dong Zhang,Fan-Zhi Meng. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(08)
[2]Benzimidazolium Functionalized Polysulfone-based Anion Exchange Membranes with Improved Alkaline Stability[J]. Yu Pan,Ting-Yun Wang,Xiao-Ming Yan,Xiao-Wei Xu,Qi-Dong Zhang,Bao-Lin Zhao,Issam El Hamouti,Ce Hao,Gao-Hong He. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(01)
[3]点击化学法制备SBS-TMA型阴离子交换膜及其性能[J]. 王恩明,邱丽,杜海燕,于峰. 化工进展. 2018(01)
[4]燃料电池的发展现状与未来方向研究[J]. 管庆朋. 河南科技. 2018(01)
[5]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 王睿. 内燃机与配件. 2017(03)
[6]阴离子交换膜的离子电导率和稳定性影响因素及其研究进展[J]. 尚蓓蓉,张楠楠,陈芳,马晓燕,管兴华. 高分子通报. 2014(11)
[7]燃料电池研究进展及发展探析[J]. 刘洁,王菊香,邢志娜,李伟. 节能技术. 2010(04)
[8]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 黄佐华,蒋德明,王锡斌. 内燃机学报. 2008(S1)
博士论文
[1]燃料电池用碱性聚合物电解质研究[D]. 潘婧.武汉大学 2012
硕士论文
[1]新型阴离子交换膜的制备及性能研究[D]. 张诗雯.东北大学 2014
[2]自交联聚合物阴离子交换膜的制备及性能[D]. 候西鑫.大连理工大学 2014
本文编号：3347864
【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】：83 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 燃料电池的特点
1.1.3 燃料电池的工作原理
1.1.4 燃料电池的分类
1.2 聚合物电解质燃料电池
1.2.1 质子交换膜燃料电池
1.2.2 阴离子交换膜燃料电池
1.3 阴离子交换膜
1.3.1 阴离子交换膜的导电机理
1.3.2 阴离子交换膜面临的问题
1.3.3 阴离子交换膜的研究近况
1.4 本课题立项依据及研究内容
1.4.1 立项依据
1.4.2 研究内容
2 实验材料及性能表征方法
2.1 实验设备及实验材料
2.1.1 实验设备
2.1.2 实验材料
2.2 性能表征方法
2.2.1 凝胶渗透色谱(GPC)
2.2.2 核磁共振波谱(1H-NMR)
2.2.3 红外光谱(FT-IR)
2.2.4 差式扫描量热(DSC)
2.2.5 吸水率(WU)和溶胀度(SR)
2.2.6 离子交换容量(IEC)
2.2.7 离子电导率(σ)
2.2.8 机械性能
2.2.9 热失重(TGA)
2.2.10 小角x射线衍射(SAXS)
2.2.11 原子力显微镜(AFM)
2.2.12 透射电镜(TEM)
2.2.13 耐碱稳定性
3 SEBS/hPS复合型阴离子交换膜的制备及性能研究
3.1 前言
3.2 实验过程
3.2.1 实验原料预处理
3.2.2 低分子量h PS的合成
3.2.3 氯甲基化SEBS(CM-SEBS)的合成
3.2.4 氯甲基化h PS(CM-hPS)的合成
3.2.5 SEBS/hPS复合型阴离子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 聚合物的结构表征
3.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
3.3.3 膜的机械性能
3.3.4 膜的热稳定性
3.3.5 膜的微相结构表征
3.3.6 膜的耐碱稳定性
3.4 本章小结
4 结晶型阴离子交换膜的制备及性能研究
4.1 前言
4.2 实验过程
4.2.1 实验原料预处理
4.2.2 氢化SBS(HSBS)的制备
4.2.3 氯甲基化HSBS(CHSBS)的制备
4.2.4 结晶型阴离子交换膜的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 聚合物的结构表征
4.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
4.3.3 膜的热稳定性和机械性能
4.3.4 膜的微相结构表征
4.3.5 膜的耐碱稳定性
4.4 本章小结
5 具有星型支化结构的结晶型阴离子交换膜的制备及性能研究
5.1 前言
5.2 实验过程
5.2.1 实验原料预处理
5.2.2 星型HSBS的制备
5.2.3 星型HSBS的氯甲基化
5.2.4 具有星型结构的结晶型阴离子交换膜的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 聚合物的结构表征
5.3.2 膜的IEC、WU、SR和 σ
5.3.3 膜的热稳定性和机械性能
5.3.4 膜的微相结构表征
5.3.5 膜的耐碱稳定性
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis and Properties of SEPS-g-PEO Copolymers with Varying Branch Lengths[J]. Zhong-Fu Zhao,Pei-Ying Liu,Chun-Qing Zhang,Wei Liu,Yan-Hui Wang,Tao Tang,Yi-Fu Ding,Yan-Dong Zhang,Fan-Zhi Meng. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(08)
[2]Benzimidazolium Functionalized Polysulfone-based Anion Exchange Membranes with Improved Alkaline Stability[J]. Yu Pan,Ting-Yun Wang,Xiao-Ming Yan,Xiao-Wei Xu,Qi-Dong Zhang,Bao-Lin Zhao,Issam El Hamouti,Ce Hao,Gao-Hong He. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(01)
[3]点击化学法制备SBS-TMA型阴离子交换膜及其性能[J]. 王恩明,邱丽,杜海燕,于峰. 化工进展. 2018(01)
[4]燃料电池的发展现状与未来方向研究[J]. 管庆朋. 河南科技. 2018(01)
[5]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 王睿. 内燃机与配件. 2017(03)
[6]阴离子交换膜的离子电导率和稳定性影响因素及其研究进展[J]. 尚蓓蓉,张楠楠,陈芳,马晓燕,管兴华. 高分子通报. 2014(11)
[7]燃料电池研究进展及发展探析[J]. 刘洁,王菊香,邢志娜,李伟. 节能技术. 2010(04)
[8]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 黄佐华,蒋德明,王锡斌. 内燃机学报. 2008(S1)
博士论文
[1]燃料电池用碱性聚合物电解质研究[D]. 潘婧.武汉大学 2012
硕士论文
[1]新型阴离子交换膜的制备及性能研究[D]. 张诗雯.东北大学 2014
[2]自交联聚合物阴离子交换膜的制备及性能[D]. 候西鑫.大连理工大学 2014
本文编号：3347864
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3347864.html
