含碱性基团的聚芳醚酮聚合物电解质膜的制备与性能研究

发布时间：2020-10-27 17:59

　　 1.本论文合成了一系列不同溴代度的溴甲基化聚芳醚酮(BrPAEK)。利用乙烯基咪唑发生季铵化反应,制备了咪唑功能化的聚芳醚酮(VImPAEK)。接下来,以安息香二甲醚作为光引发剂,紫外光引发VImPAEK的自交联反应,通过紫外曝光时间,控制膜材料的交联程度。研究了交联结构对膜材料尺寸稳定性、机械性能和其他性能的影响。2.为了提高阴离子膜的离子传导率,我们采用三乙烯二胺作为季铵化试剂,以碘化钾为甲基化试剂,制备了侧链中分别含有一个季铵基团和两个季铵基团的聚合物MQPAEK和DQPAEK。两种聚合物均有良好的热稳定性和机械性能。在IEC相近时,DQPAEK的尺寸稳定性和离子传导率均高于MQPAEK,证明离子基团聚集能够提高膜材料的综合性能。3.在以上工作的基础上,为进一步提高聚合物的离子传导率,我们将柔性侧链引入到了之前合成的聚合物结构中,制备了侧链含有三个季铵基团的聚芳醚酮(TQPAEK)。柔性侧链的引入提高了聚合物的断裂伸长率,降低了玻璃化转变温度。通过对相似IEC值的TQPAEK和DQPAEK的性能对比,我们发现:TQPAEK的离子传导率,尺寸稳定性和耐碱稳定性更优异。因此,柔性侧链和离子基团的聚集会有效的提高聚合物的性能,这为设计新型高性能阴离子交换膜提供了参考。4.最后,我们扩展了含碱性基团的聚芳醚酮的应用范围,将三唑功能化的聚芳醚酮(MTZPAEK)膜掺杂磷酸后,作为高温质子交换膜使用。MTZPAEK膜具有优异的热稳定性和机械强度,三唑基团对磷酸有着良好的吸附能力,而且侧链中硫醚键能显著地增强了聚合物的抗氧化稳定性。电池测试结果表明磷酸掺杂MTZPAEK膜有潜力应用在高温质子交换膜燃料电池中。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O631
【文章目录】：
内容提要
详细摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池
        1.2.1 燃料电池的优点
        1.2.2 燃料电池的分类
        1.2.3 聚合物电解质膜燃料电池
        1.2.4 燃料电池的核心部件—聚合物电解质膜
    1.3 新型阴离子交换膜
        1.3.1 季铵型阴离子交换膜
        1.3.2 咪唑型阴离子交换膜
        1.3.3 胍基型阴离子交换膜
        1.3.4 季膦型阴离子交换膜
    1.4 提高阴离子交换膜性能的方法
        1.4.1 侧链改性
        1.4.2 嵌段改性
        1.4.3 交联改性
        1.4.4 有机-无机杂化改性
    1.5 磷酸掺杂高温质子交换膜
        1.5.1 聚苯并咪唑（PBI）类磷酸掺杂高温质子交换膜
        1.5.2 碱性聚芳醚酮/砜磷酸掺杂高温质子交换膜
    1.6 本论文设计思想
    参考文献
第2章 紫外光引发交联型含咪唑基团聚芳醚酮阴离子交换膜的制备与性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 表征技术及测试方法
        2.2.3 实验步骤
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 聚合物的合成与表征
        2.3.2 热性能
        2.3.3 机械性能
        2.3.4 吸水率和溶胀率
        2.3.5 离子传导率和离子迁移率
        2.3.6 耐碱稳定性
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 侧链含单季铵基团和侧链含双季铵基团聚芳醚酮阴离子交换膜的制备与性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 表征技术及测试方法
        3.2.3 实验步骤
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 聚合物的合成与表征
        3.3.2 热性能和机械性能
        3.3.3 离子交换容量、吸水率和溶胀率
        3.3.4 离子传导率
        3.3.5 甲醇渗透率和相对选择性
        3.3.6 耐碱稳定性
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 侧链含三季铵基团聚芳醚酮阴离子交换膜的制备与性能研究..
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 表征技术及测试方法
        4.2.3 实验步骤
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 单体及聚合物的合成与表征
        4.3.2 热性能和机械性能
        4.3.3 IEC、吸水率和溶胀率
        4.3.4 离子传导率
        4.3.5 甲醇渗透率和相对选择性
        4.3.6 耐碱稳定性
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 含三唑基团聚芳醚酮高温质子交换膜的制备与性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂
        5.2.2 表征技术及测试方法
        5.2.3 实验步骤
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 聚合物的合成与表征
        5.3.2 聚合物的热性能
        5.3.3 聚合物的机械性能
        5.3.4 磷酸吸附能力与体积溶胀率
        5.3.5 质子传导率
        5.3.6 氧化稳定性
        5.3.7 单电池性能
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 结论
作者简介
攻读学位期间发表的论文
致谢

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本文编号：2858858