基于聚苯并咪唑的新型燃料电池质子交换膜的制备和性能表征
发布时间：2021-02-13 09:25
质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化面临的一大障碍是缺少廉价可靠的高温质子交换膜,磷酸掺杂的聚苯并咪唑（PBI）膜以其独特的优势被视为其中最具潜力的材料之一。然而,这类膜还存在着加工性能较差、磷酸流失和易被自由基进攻氧化等问题亟待解决。针对这些问题,本文从PBI合成中最基础的单体出发,通过改变单体的结构、投料比及聚合方式,得到了一系列新型聚合物膜,并进行了相关性质表征。在此基础上,研究了聚合物结构与性质间的关系,改善了膜的性能,同时也发展出了一种灵活可控的新型嵌段共聚方法。具体取得的结果如下：（1）将不同比例的4-（3,4-二氨基苯氧基）苯甲酸（DPBA）与3,4-二氨基苯甲酸在微波条件下共聚,通过在主链上引入苯氧基,调整主链空间结构的规整性,所制备的共聚PBI解决了常规ABPBI加工性差和掺酸后机械强度过低的问题。其中PO-AB-50 （DPBA单体比例50%）聚合物膜在掺杂80%磷酸后拉伸强度达到1.9MPa,160℃下质子传导率达到53.47mS/cm。（2）为更进一步改善PBI主链的空间结构,设计合成具有非平面结构的4,4’-（2,3-弧喹喔啉基）二苯甲酸二甲酯（DMQB）单...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－５氮气吹扫下的系列聚合物在３０°Ｃ到８００°Ｃ的失重曲线（升温速率；１０°Ｃ／分钟）??Ｆｉｇ．?２－５?ＴＧＡ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ?ｕｎｄｅｒ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ?ｉｎ?ｔｈｅ?１；ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｒａｎｇｅ?ｆｒｏｍ??３０?°Ｃ?化?８００〇Ｃ?（ｈｅａｔｉｎｇ?ｒ站ｅ：?１０°Ｃ／ｍｉｎ）??
２１?２２?２３?２４?２５?２６?２７?２８?２９??Ａｃｉｄ?Ｄｏｐｉｎｇ?Ｌｅｖｅｌ?（ｍｍｏｌ／ｇ）??图２－９?ＰＯＡＢ＾ｘ膜在１６０°Ｃ的质子传导率与磯酸惨杂水巧ｍｍｏｌ／ｇ）的关系??巧ｇ．２－９?Ｐｒｏｔｏｎ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ＰＯ－ＡＢ￣ｘ?ｍｅｍｂｒａｎｅｓ?ａｔ?１６０°Ｃ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）??由图２－８可Ｗ看出，在相同接杂浓度下质子传导率随ＤＰＢＡ投料比增加而降??低。仔细观察后发现其变化趋势十分类似于图２－７（ｂ），因此我们有理由认为质子传??导率与ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）之间存在着一定的关联。为了更好地理解这种关联，我们作??了这两者之间关系的散点图（即图２－９），发现ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）越高，相应的质子??传导率也就越高
扔?ｇ．２－１０?Ｐｒｏｔｏｎ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ＰＯ－ＡＢ￣ｘ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??为了更好地理解质子传导率与温度的关系及系列膜的质子传导机理，我们??根据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式对实验数据进行了拟合，所得结果如图２－１１。由图发现，拟??合结果具有比较好的线性，说明本章中系列膜的质子传导符合质子跳跃机理??（Ｇｒｏ她ｕｓｓ－ｔｙｐｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）。在此基础上可根据拟合结果计算相应的活化能（Ｅａ），??活化能的数值也列举在图中。系列膜的活化能范围为１５￣２１ｋＪ／ｍｏｌ，低于文献中??ＡＢＰＢＩ和部分其他ＰＢＩ膜的数值，表明其聚合物骨架间的质子传导更容易，??更有利于达到较好的性能。??２９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温质子交换膜燃料电池的研究进展(英文)[J]. Suthida Authayanun,Karittha Im-orb,Amornchai Arpornwichanop. 催化学报. 2015(04)
[2]新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能[J]. 徐燕燕,于书平,韩克飞,于景华,朱红,汪中明. 高等学校化学学报. 2013(06)
本文编号：3032316
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－５氮气吹扫下的系列聚合物在３０°Ｃ到８００°Ｃ的失重曲线（升温速率；１０°Ｃ／分钟）??Ｆｉｇ．?２－５?ＴＧＡ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ?ｕｎｄｅｒ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ?ｉｎ?ｔｈｅ?１；ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｒａｎｇｅ?ｆｒｏｍ??３０?°Ｃ?化?８００〇Ｃ?（ｈｅａｔｉｎｇ?ｒ站ｅ：?１０°Ｃ／ｍｉｎ）??
２１?２２?２３?２４?２５?２６?２７?２８?２９??Ａｃｉｄ?Ｄｏｐｉｎｇ?Ｌｅｖｅｌ?（ｍｍｏｌ／ｇ）??图２－９?ＰＯＡＢ＾ｘ膜在１６０°Ｃ的质子传导率与磯酸惨杂水巧ｍｍｏｌ／ｇ）的关系??巧ｇ．２－９?Ｐｒｏｔｏｎ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ?ＰＯ－ＡＢ￣ｘ?ｍｅｍｂｒａｎｅｓ?ａｔ?１６０°Ｃ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）??由图２－８可Ｗ看出，在相同接杂浓度下质子传导率随ＤＰＢＡ投料比增加而降??低。仔细观察后发现其变化趋势十分类似于图２－７（ｂ），因此我们有理由认为质子传??导率与ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）之间存在着一定的关联。为了更好地理解这种关联，我们作??了这两者之间关系的散点图（即图２－９），发现ＡＤＬ（ｍｍｏｌ／ｇ）越高，相应的质子??传导率也就越高
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【参考文献】：
期刊论文
[1]高温质子交换膜燃料电池的研究进展(英文)[J]. Suthida Authayanun,Karittha Im-orb,Amornchai Arpornwichanop. 催化学报. 2015(04)
[2]新型聚苯并咪唑树脂的微波合成及质子交换膜的性能[J]. 徐燕燕,于书平,韩克飞,于景华,朱红,汪中明. 高等学校化学学报. 2013(06)
本文编号：3032316
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