燃料电池用聚醚砜阴离子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2017-05-06 13:17

  本文关键词：燃料电池用聚醚砜阴离子交换膜的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着化石能源的枯竭以及环境污染越来越严重,开发清洁可重复利用的以及能量转换效率高的新能源技术己经成为研究热点。其中,燃料电池因其具有清洁、安全以及高效等特点,被国内外学者广泛研究。众所周知的是,聚合物电解质膜(PEMs)是燃料电池器件的一个关键组成部分,它同时具有传递离子以及阻隔氧化剂和燃料的作用。这种类型的膜可以分为阴离子交换膜和质子交换膜。但二者相比,阴离子交换膜的优势更加突出。利用这种膜可以保证碱性燃料电池的氧化速度更快而且可以使用非贵重金属电极材料。本论文利用一种简易的方法制备了几种聚醚砜阴离子交换膜并对其进行表征,最后对这些膜的性能进行了评价。首先,通过缩聚制备了聚醚砜聚合物,再通过N-溴代琥珀亚胺(NBS)溴代反应,最后经过功能化反应以及离子交换制备了含季铵基团(QA)和咪唑基团两种不同功能基团的阴离子交换膜,实验结果表明咪唑功能化阴离子交换膜的离子传导率和在碱性环境下的化学稳定性都较好。紧接着,通过分子设计并优化合成路线制备了交联型咪唑功能化的阴离子交换膜(Im-PES)。主要设计思路就是在预先合成的含有双烯丙基的聚醚砜上直接接枝氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体。通过对其结构和性能的研究,结果表明该膜具有较高的离子传导率(可达9.21′10-2S cm-1)。而且即使在碱性环境(2 M Na OH溶液)中浸泡300小时后它的离子传导率仍能保持83.6%。因此,该方案合成的Im-PES阴离子交换膜具备应用于碱性燃料电池领域的潜力。
【关键词】：碱性燃料电池 阴离子交换膜 聚醚砜 咪唑阳离子 碱稳定性
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ425.232;TM911.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-23
• 1.1 引言7-8
• 1.2 碱性燃料电池8-13
• 1.2.1 工作原理8-9
• 1.2.2 传输机理9-10
• 1.2.3 主要特点10
• 1.2.4 面临的挑战10-13
• 1.3 碱性PEM燃料电池膜的合成13-22
• 1.3.1 均相阴离子交换膜13-17
• 1.3.1.1 直接缩合聚合法13-14
• 1.3.1.2 接枝方法14-16
• 1.3.1.3 化学改性法16-17
• 1.3.2 非均相阴离子交换膜17-19
• 1.3.2.1 Polymer-salt复合膜的合成18-19
• 1.3.2.2 无机填充Polymer-salt复合膜19
• 1.3.3 互穿聚合网络结构（IPN）膜19-21
• 1.3.4 IL基离聚物膜21-22
• 1.4 本文的设计思想22-23
• 第二章 实验试剂与测试仪器23-28
• 2.1 原料和试剂23-24
• 2.2 仪器型号24
• 2.3 测试方法24-28
• 2.3.1 结构表征24
• 2.3.2 热性能测试24
• 2.3.3 离子交换容量（IEC）24-25
• 2.3.4 膜的吸水率与溶胀率25
• 2.3.5 机械性能测试25
• 2.3.6 微观形貌的表征25
• 2.3.7 离子传导率的测试（σ）25-26
• 2.3.8 甲醇渗透系数测试26
• 2.3.9 耐碱稳定性测试26-28
• 第三章 两种功能基团聚醚砜阴离子交换膜的制备与性能比较28-37
• 3.1 引言28
• 3.2 实验部分28-30
• 3.2.1 聚醚砜（PES）的合成28
• 3.2.2 溴化聚醚砜（Br-PES）的制备28-29
• 3.2.3 阴离子交换膜的制备29-30
• 3.3 结果与讨论30-36
• 3.3.1 聚合物结构的表征30-31
• 3.3.2 IEC，吸水率和溶胀率31-32
• 3.3.3 热稳定性32
• 3.3.4 形貌表征32-33
• 3.3.5 甲醇渗透系数和选择性33-34
• 3.3.6 离子传导率34-35
• 3.3.7 膜的耐碱性35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 交联型咪唑功能化聚醚砜阴离子交换膜的制备与表征37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 实验部分37-39
• 4.2.1 带有双键的聚醚砜的合成（PES-DB）37
• 4.2.2 膜的制备37-39
• 4.3 结果与讨论39-48
• 4.3.1 红外谱图39
• 4.3.2 核磁共振谱图39-41
• 4.3.3 膜的溶解性41-42
• 4.3.4 IEC，，吸水率和溶胀率42-43
• 4.3.5 膜的机械性能43-44
• 4.3.6 热稳定性44
• 4.3.7 甲醇渗透系数44-45
• 4.3.8 微观形貌45
• 4.3.9 离子传导率45-47
• 4.3.10 耐碱稳定性47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-58
• 作者简介58
• 攻读硕士学位期间研究成果58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 钱伯章;燃料电池的发展现状与展望[J];节能;2004年03期

2 衣宝廉;燃料电池的原理、技术状态与展望[J];电池工业;2003年01期

  本文关键词：燃料电池用聚醚砜阴离子交换膜的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：348487