阴离子交换膜制备及碱性燃料电池应用研究
发布时间：2023-04-20 03:26
燃料电池是一种清洁,高效的能量转换技术。近几十年来,伴随着全氟磺酸型质子交换膜(Nafion(?))和Pt/C催化剂等关键材料的应用和发展,质子膜燃料电池的研究取得里程碑式发展,各种以其为动力的商业化燃料电池汽车相继被报道,不少性能可以与内燃机汽车相抗衡。但由于其强酸性运行环境,质子膜燃料电池的运行必须依赖昂贵的Pt基催化剂和Nafion(?)膜材料,这制约了其进一步商业化。因此,近些年研究人员将目光转向了碱性阴离子交换膜燃料电池。因其运行环境为碱性,故其氧还原反应过电势较低,动力学更快,可以使用更为廉价的银基、钴基、镍基等非铂基金属催化剂,这大大降低了运行成本。此外相对于质子交换膜燃料电池,碱性阴离子交换膜燃料电池还具有金属催化剂中毒概率低,燃料来源丰富,水管理方便等优势。但目前该领域的研究还不够成熟,缺少兼具高离子电导率和优良化学稳定性的商业化阴离子交换膜。阴离子交换膜是一种聚电解质,主要由高分子骨架和连接于上面的离子交换基团组成,可以实现阴离子的选择性透过。先前研究者利用侧链型、密集型、梳状型等多种拓扑结构,来调节膜内离子交换基团自组装聚集行为,从而构造离子传导通道。这些离子通道...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 燃料电池技术
1.1.2 聚电解质膜燃料电池
1.2 阴离子交换膜
1.3 阴离子交换膜的离子电导率-离子传导通道
1.3.1 侧链型阴离子交换膜
1.3.2 密集功能化阴离子交换膜
1.3.3 梳型阴离子交换膜
1.3.4 结晶型阴离子交换膜
1.4 阴离子交换膜的耐碱性-离子交换基团
1.4.1 烷基季铵阳离子
1.4.2 氮共轭阳离子
1.4.3 季膦阳离子
1.4.4 金属阳离子
1.5 阴离子交换膜耐碱性-聚合物主链
1.5.1 聚烯烃主链
1.5.2 含芳醚聚芳香烃主链
1.5.3 无芳醚聚芳香烃主链
1.6 本文研究思路
第二章 密集侧链型阴离子交换膜的制备
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料与仪器
2.2.2 二甲氨基-N-乙基-N,N-二甲基己-1-胺(TMAQA)的制备
2.2.3 聚醚砜主链(3Me-PAES)的制备
2.2.4 聚砜主链的溴化(3Br-PAES)
2.2.5 密集接枝双阳离子侧链3BQA的制备
2.2.6 3BQA膜的制备
2.2.7 阴离子交换膜表征方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 材料的合成
2.3.2 纳米形貌以及离子电导率
2.3.3 耐碱性能
2.3.4 含水率、溶胀和机械性能
2.4 本章小结
第三章 离子-偶极网络阴离子交换膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料与仪器
3.2.2 溴化聚苯醚(BPPO)的合成
3.2.3 叠氮化BPPO (BxN3PPO)的合成
3.2.4 季铵化BxN3PPO (QAxPPO)的合成
3.2.5 PEG接枝的季铵化PPO合成
3.2.6 阴离子交换膜的制备
3.2.7 阴离子交换膜表征方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 离子-偶极作用网络诱导有序纳米形貌
3.3.2 离子-偶极作用网络促进离子传导
3.3.3 离子-偶极作用网络促进燃料电池相关性能
3.4 本章小结
第四章 耐碱离子-偶极网络阴离子交换膜
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料及仪器
4.2.2 1,2-双(2-碘乙氧基)乙烷的制备
4.2.3 1-(6-碘己基)-1-甲基哌啶(ICP)的制备
4.2.4 1-(2-(2-(2-碘乙氧基)乙氧基)乙基)-甲基哌啶(IOP)的制备
4.2.5 聚亚芳基哌啶主链(PBP)的合成
4.2.6 O-PDQA和PDQA的制备
4.2.7 O-PDQA和PDQA阴离子交换膜制备
4.2.8 膜材料性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型化合物模拟研究
4.3.2 纳米形貌
4.3.3 离子电导率和耐碱性
4.3.4 含水率,溶胀和机械稳定性
4.3.5 燃料电池性能
4.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
致谢
硕士期间发表研究论文与取得成果
本文编号：3794795
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.1.1 燃料电池技术
1.1.2 聚电解质膜燃料电池
1.2 阴离子交换膜
1.3 阴离子交换膜的离子电导率-离子传导通道
1.3.1 侧链型阴离子交换膜
1.3.2 密集功能化阴离子交换膜
1.3.3 梳型阴离子交换膜
1.3.4 结晶型阴离子交换膜
1.4 阴离子交换膜的耐碱性-离子交换基团
1.4.1 烷基季铵阳离子
1.4.2 氮共轭阳离子
1.4.3 季膦阳离子
1.4.4 金属阳离子
1.5 阴离子交换膜耐碱性-聚合物主链
1.5.1 聚烯烃主链
1.5.2 含芳醚聚芳香烃主链
1.5.3 无芳醚聚芳香烃主链
1.6 本文研究思路
第二章 密集侧链型阴离子交换膜的制备
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料与仪器
2.2.2 二甲氨基-N-乙基-N,N-二甲基己-1-胺(TMAQA)的制备
2.2.3 聚醚砜主链(3Me-PAES)的制备
2.2.4 聚砜主链的溴化(3Br-PAES)
2.2.5 密集接枝双阳离子侧链3BQA的制备
2.2.6 3BQA膜的制备
2.2.7 阴离子交换膜表征方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 材料的合成
2.3.2 纳米形貌以及离子电导率
2.3.3 耐碱性能
2.3.4 含水率、溶胀和机械性能
2.4 本章小结
第三章 离子-偶极网络阴离子交换膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料与仪器
3.2.2 溴化聚苯醚(BPPO)的合成
3.2.3 叠氮化BPPO (BxN3PPO)的合成
3.2.4 季铵化BxN3PPO (QAxPPO)的合成
3.2.5 PEG接枝的季铵化PPO合成
3.2.6 阴离子交换膜的制备
3.2.7 阴离子交换膜表征方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 离子-偶极作用网络诱导有序纳米形貌
3.3.2 离子-偶极作用网络促进离子传导
3.3.3 离子-偶极作用网络促进燃料电池相关性能
3.4 本章小结
第四章 耐碱离子-偶极网络阴离子交换膜
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料及仪器
4.2.2 1,2-双(2-碘乙氧基)乙烷的制备
4.2.3 1-(6-碘己基)-1-甲基哌啶(ICP)的制备
4.2.4 1-(2-(2-(2-碘乙氧基)乙氧基)乙基)-甲基哌啶(IOP)的制备
4.2.5 聚亚芳基哌啶主链(PBP)的合成
4.2.6 O-PDQA和PDQA的制备
4.2.7 O-PDQA和PDQA阴离子交换膜制备
4.2.8 膜材料性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 模型化合物模拟研究
4.3.2 纳米形貌
4.3.3 离子电导率和耐碱性
4.3.4 含水率,溶胀和机械稳定性
4.3.5 燃料电池性能
4.4 本章小结
全文总结与展望
参考文献
致谢
硕士期间发表研究论文与取得成果
本文编号：3794795
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