聚苯醚基有机无机杂化阴离子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2021-10-25 05:18

　　碱性阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）是一种高效、环保的能源转换装置,因其具有氧化速率快和可使用非昂贵的金属材料作为催化剂等优点而被广泛研究。其中,阴离子交换膜（AEM）作为AEMFC的核心组成部分,其性能的优劣直接影响着AEMFC的使用性能与寿命。目前大部分的阴离子交换膜都存在离子电导率较低和耐碱性能较差的两大缺陷,无法满足在高温高碱条件下的使用要求。因此,为了制备一种具有较高离子电导率和耐碱性能的阴离子交换膜是本文的主要研究内容。本文以1,2-二甲基咪唑（DIM）为离子传导单元,制备了两种不同基于咪唑化聚苯醚的阴离子交换膜,并对其性能进行测试和表征,具体内容如下:（1）咪唑化聚苯醚有机/无机阴离子交换膜。以聚苯醚为原料,经溴化、部分羟基化和咪唑化反应后,将GPTMS环氧开环接枝在分子主链上,通过溶胶-凝胶法制备不同无机含量的阴离子交换膜。¹H NMR和FTIR测试表明化学反应的成功,硅氧烷的成功水解和交联。XRD分析可知所制备的阴离子交换膜均为非晶态结构。SEM结果显示膜的微观结构十分致密且均匀,无相分离或孔洞出现。TG分析可知所制备的阴离子交换膜在190℃前... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

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质子交换膜燃料电池的工作原理

图 1-3 碱性阴离子交换膜燃料电池的工作原理性阴离子交换膜燃料电池的优缺点 PEMFC 而言，AEMFC 拥有许多的优势：1）在碱性体系中具备更应速率[27]；2）可以选取非昂贵的材料作为电极催化剂，大大降低本[28]；3）氢氧根离子和燃料的传递方向不同，可以降低因燃料的池性能降低的可能性[29]。然而，阴离子交换膜技术的不完善使其依挑战： 离子电导率不高。相比质子交换膜而言，阴离子交换膜传递的是 扩散系数要比氢离子低很多，导致膜的离子传导能力要弱，不能够常运转。虽然能通过增加膜内导电基团的数量来提高电导率，但是膜的尺寸稳定性和机械性能变差，使其不能应用在燃料电池中。 耐碱性能较差。AEMFC 是处于高温高碱的环境中正常工作，因此交换膜的稳定性有待考验。其稳定性较差是因为氢氧根离子对聚合电功能基团的攻击作用而致使其发生降解，同时温度的升高也会加

此问题进行了大量的研究，涉及的功能基团有季胺、咪唑、季磷、胍基，某种程度提升了阴离子交换膜的耐碱性能[30,31]。此中有关季胺功能试机理被广泛研究，其降解机理主要包含霍夫曼消除反应和亲核取代反霍夫曼消除反应是 C-Hβ受到氢氧根离子的进攻后生成胺和烯烃的过4 中（1）所示。亲核取代反应是 OH-进攻 C-Hα后分解成三级胺和醇的图 1-4 中（2）所示。


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