燃料电池用聚苯醚DABCO阴离子交换膜的制备与研究

发布时间：2020-07-02 22:36

【摘要】：人类文明在进步的过程中,始终伴随着能源的不断变化,每一次能源的质的飞越,都是人类前进的伟大变革。而随着人类科技的进步,我们已经不只在意能源的高效性,更重视能源的可持续性和清洁性,不走先污染后治理的路,因此人类科学家断言:未来世界,能源的发展前景是利用高效清洁可持续的新能源代替传统的化石燃料和化石能源。因此氢能、核能、太阳能、潮汐能、水能等高效清洁可持续的能源越来越得到人类科学家以及各个国家领导人的广泛重视,新能源在为世界提供能源动力、促进未来世界能源结构整形变化的过程以及社会经济占比中,将会扮演越来越关键的角色。因此,现在目前世界各国都在致力于开发核能等新型能源,而氢能由于其能量比值高,清洁等特点已经被认为是近代最有可能广泛应用的能源之一。而目前转换氢能的工业装置,各国科学家和研究人员最看好的就是氢燃料电池。氢能燃料电池具有体积小、燃烧氢能比能量密度高、氢能利用效率好、清洁无二次污染等优势,这些以上的优点使其成为了最完美的氢能转化装置。而在目前的燃料电池的大家庭中,以聚合膜为核心的聚合膜燃料电池的研究成为了各国科学家的研究焦点。目前各国科学家对于碱性膜的研究焦点主要在于:将季铵、季鳞、咪唑等阴离子传导基团通过化学物理的方法接枝到一种在碱性的工作环境下具有较好的物理化学性能的聚合物骨架上,再通过一系列的改性手段,使得膜的性能提升,利用流延法成膜,得到了适合目前工业和生活应用的阴离子交换膜。这样的合成手段无疑是高效低成本的,但是这种传统思路主要存在的问题是AEM的机械性能、碱稳定性以及离子传导率较差。本文主要就阴离子交换膜目前存在的离子传导率不足,碱稳定性弱等方面的不足,有针对性的设计出一些解决的想法:1.聚苯醚基DABCO阴离子交换膜的制备与研究利用1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(DABCO)作为主体,以对二氯苄为链节制备得到DABCO交联剂,并在传统的聚苯醚-三甲胺(BPPO-TMA)碱性膜内引入这种交联剂减低在高温时碱性膜的溶胀,让其在膜内起到固定聚合物结构的作用并且完成扮演传导氢氧根离子的角色。通过对比引入交联剂前后的碱性膜,可以看到膜的机械性能、碱稳定性和离子传导率有了明显的提升。2.聚苯醚基DABCO纳米二氧化钛-离子液体复合膜的制备针对聚苯醚基DABCO阴离子交换膜的离子传导率不能满足实际应用的需求,我们通过将含有咪唑基团的游离离子液体添加进入交联膜的溶液中,利用离子液体良好的溶解性溶解在膜中,形成活性自由移动的传导基团,利用离子液体中带有正电荷的咪唑环部分和氢氧根离子之间的静电吸引作用,起到提高膜的传导率的作用。离子液体引入后,填补了膜内原有的三甲胺传导基团的空白,使得膜内传导位点变多,氢氧根离子从而可以在碱性膜内更加顺畅的通过,具有更快的传导速度,实现传导基团和游离基团的交替跳跃传导,实现离子传导率的根本性提高。3.聚苯醚基DABCO纳米二氧化锆-离子液体复合膜的制备在上述实验的基础上,选择离子半径更大的二氧化锆颗粒,加强纳米二氧化锆与游离离子液体之间的静电吸引作用,提高离子液体的固定效率。综合考虑阴离子交换膜的机械性能和化学性能可以发现,纳米二氧化锆掺入后碱性膜的热稳定性能更好,离子传导率较掺杂二氧化钛的阴离子交换膜略有提升。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ425.236;TM911.4
【图文】：

剂的作用生成可以直接供给设备使用的电能。这个过程涉及的是燃料和助燃剂中旧化逡逑学键断裂与水中新化学键形成，将新旧键之间的能量差以电力能源的形式输出燃料电逡逑池装置。单体燃料电池装置的结构以及工作运行原理如图１－１所示１＃１２］：逡逑ＰＥＭＦＣ逦ＡＥＭＦＣ逡逑Ｈ，逦Ａｉｒ逦＾邋Ｓ＾Ａｉｒ邋＊Ｈ２０逡逑Ｈ２逦ＰＥＭ邋Ａｉｒ邋＋邋Ｈ２０邋Ｈ２邋＋邋Ｈ２０邋ＡＥＭ逦Ａｉｒ逡逑ＭＶ，－逦ＴＯＴ．？，逦逦逦逦逡逑？邋Ｈ．逦ｊ邋“邋我逦蠕邋ＯＨ逡逑ａ逦ｓ0／逡逑Ｖ逦－逦—／逡逑图１－１燃料电池装置的机构以及工作运行原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｆｕｅｌ邋Ｃｅｌｌｓ逡逑如上图原理所示，质子交换膜燃料电池的内部结构可以分为两个反应区域，中间逡逑２逡逑

一目前热点研究的离子传导墓团F龟.I-2Popularion}ondixKinggroups

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 衣宝廉,韩明,张恩浚,曲天锡,邵志刚,林治银,孙德尧,张海峰,刘浩;千瓦级质子交换膜燃料电池[J];电源技术;1999年02期

本文编号：2738768