聚苯-芳醚酮主链型阴离子交换膜的制备与性能研究
发布时间：2021-12-10 15:20
面对未来的能源危机和当今的环境污染问题,燃料电池作为一种能量转换效率高的清洁能源装置已变得越来越有前途。与传统的酸性燃料电池相比,阴离子交换膜燃料电池具有更快的氧还原反应动力学、允许使用非贵金属催化剂等优点而备受关注。本研究以制备优异性能的阴离子交换膜为目的,采用功能化的聚苯结构和柔性的疏水性的聚芳醚酮嵌段作为聚合物骨架,以提高阴离子交换膜的碱稳定性和机械性能。通过引入不同类型和不同构象的阳离子官能团,对膜的基础物化及电化学性能进行分析,并深入研究季胺基团的稳定性与电池运行工况条件之间的相关性。根据阳离子官能团的类别及官能化程度的不同,本研究开展了季铵型（QA）与咪唑型（IM）、单取代及多取代型阴离子交换膜的制备及其燃料电池性能分析,具体分为两部分。首先,通过零价镍催化偶联聚合、苄基溴化和原位季铵化反应制备得到两种分别具有季铵（QA-）和咪唑鎓（IM-）的新型聚苯-芳醚酮主链型（PPAEK）聚合物,以提高常规的基于聚（醚酮/砜）骨架的阴离子膜（AEM）的碱稳定性。值得注意的是,这种阳离子端基是接枝在聚苯结构的侧链上的,从而可以提高膜的阴离子电导率,增强聚合物主链（PPAEK）的碱稳定性...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的质子交换膜燃料电池[7]
1绪论硕士学位论文4和阳离子官能基团，致使主链和官能基团的化学降解，直接影响膜的综合性能[20]。因此阴离子交换膜的碱稳定性已然成为该领域研究的一个重要性能，其降解机理更是被众多科学家所讨论。图1.2AEMFC的工作原理图[16]Fig.1.2TheworkingprinciplediagramofAEMFC.[16]1.3不同主链型的阴离子交换膜AEM良好的化学稳定性是实现阴离子交换膜燃料电池长期稳定运行的先决条件，而聚合物的主链作为AEM结构中的重要组成部分，赋予膜材料稳定的机械性能，从而满足燃料电池运行的工况条件。依据合成聚合物主链的原料种类的不同，AEM主要分为两种：脂肪族类和芳香族类。1.3.1脂肪族类由于原料丰富、成本低、易加工成型、综合性能优良等优点，聚烯烃是一类产量非常大且应用十分广泛的高分子材料。由于其优异的加工性能，聚烯烃类作为阴离子交换膜的骨架结构已经被多次研究。从以Nafion为代表的聚烯烃类聚合物的合成条件得知，聚烯烃类AEMs合成过程也比较困难。目前，最流行的聚烯烃类AEMs的制备方法有两种：功能单体共聚和高分子接枝。功能单体共聚首先是在单体层面通过季铵化或溴化（氯化）反应进行单体的官能化或者预官能化，然后通过自由基聚合得到高分子共聚物，官
硕士学位论文聚苯-芳醚酮主链型阴离子交换膜的制备与性能研究7图1.3PSQNOH的合成过程[33]Fig.1.3SyntheticrouteofPSQNOH.[33]如图1.4（b）所示，Lin[36]等人将苯乙烯、丙烯腈和新型的带有咪唑鎓氯化物的苯乙烯三种单体（[DMVIm][Cl]）经自由基缩聚，合成了一系列复合阴离子交换膜（SAN-[DMVIm][OH]）。通过改变[DMVIm][Cl]的含量，可以直接控制膜的IEC。随着[DMVIm][Cl]含量的增加，复合膜的吸水率，溶胀率，IEC和电导率均增加。在80℃，IEC值（1.20meqg-1）较低的SAN70-[DMVIm][OH]30膜具有最高的离子电导率（3.32×10-2Scm-1），并且所有膜的电导率均在1×10-2Scm-1数量级。此外，在此研究中合成的所有AEM都具有较好的机械性能，在高温下均表现出优异的碱稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱性燃料电池用聚烯烃类阴离子交换膜的研究进展[J]. 刘磊,褚晓萌,李南文. 科学通报. 2019(02)
[2]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[3]燃料电池研究进展及发展探析[J]. 刘洁,王菊香,邢志娜,李伟. 节能技术. 2010(04)
[4]中国能源现状、发展趋势及对策[J]. 周志强. 能源与环境. 2008(06)
[5]燃料电池技术发展现状[J]. 侯明,衣宝廉. 电源技术. 2008(10)
[6]燃料电池概述[J]. 刘建国,孙公权. 物理. 2004(02)
[7]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
本文编号：3532880
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的质子交换膜燃料电池[7]
1绪论硕士学位论文4和阳离子官能基团，致使主链和官能基团的化学降解，直接影响膜的综合性能[20]。因此阴离子交换膜的碱稳定性已然成为该领域研究的一个重要性能，其降解机理更是被众多科学家所讨论。图1.2AEMFC的工作原理图[16]Fig.1.2TheworkingprinciplediagramofAEMFC.[16]1.3不同主链型的阴离子交换膜AEM良好的化学稳定性是实现阴离子交换膜燃料电池长期稳定运行的先决条件，而聚合物的主链作为AEM结构中的重要组成部分，赋予膜材料稳定的机械性能，从而满足燃料电池运行的工况条件。依据合成聚合物主链的原料种类的不同，AEM主要分为两种：脂肪族类和芳香族类。1.3.1脂肪族类由于原料丰富、成本低、易加工成型、综合性能优良等优点，聚烯烃是一类产量非常大且应用十分广泛的高分子材料。由于其优异的加工性能，聚烯烃类作为阴离子交换膜的骨架结构已经被多次研究。从以Nafion为代表的聚烯烃类聚合物的合成条件得知，聚烯烃类AEMs合成过程也比较困难。目前，最流行的聚烯烃类AEMs的制备方法有两种：功能单体共聚和高分子接枝。功能单体共聚首先是在单体层面通过季铵化或溴化（氯化）反应进行单体的官能化或者预官能化，然后通过自由基聚合得到高分子共聚物，官
硕士学位论文聚苯-芳醚酮主链型阴离子交换膜的制备与性能研究7图1.3PSQNOH的合成过程[33]Fig.1.3SyntheticrouteofPSQNOH.[33]如图1.4（b）所示，Lin[36]等人将苯乙烯、丙烯腈和新型的带有咪唑鎓氯化物的苯乙烯三种单体（[DMVIm][Cl]）经自由基缩聚，合成了一系列复合阴离子交换膜（SAN-[DMVIm][OH]）。通过改变[DMVIm][Cl]的含量，可以直接控制膜的IEC。随着[DMVIm][Cl]含量的增加，复合膜的吸水率，溶胀率，IEC和电导率均增加。在80℃，IEC值（1.20meqg-1）较低的SAN70-[DMVIm][OH]30膜具有最高的离子电导率（3.32×10-2Scm-1），并且所有膜的电导率均在1×10-2Scm-1数量级。此外，在此研究中合成的所有AEM都具有较好的机械性能，在高温下均表现出优异的碱稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碱性燃料电池用聚烯烃类阴离子交换膜的研究进展[J]. 刘磊,褚晓萌,李南文. 科学通报. 2019(02)
[2]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[3]燃料电池研究进展及发展探析[J]. 刘洁,王菊香,邢志娜,李伟. 节能技术. 2010(04)
[4]中国能源现状、发展趋势及对策[J]. 周志强. 能源与环境. 2008(06)
[5]燃料电池技术发展现状[J]. 侯明,衣宝廉. 电源技术. 2008(10)
[6]燃料电池概述[J]. 刘建国,孙公权. 物理. 2004(02)
[7]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
本文编号：3532880
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3532880.html
