聚芳吲哚阴离子交换膜的制备及性能研究

发布时间：2023-06-18 03:53

　　随着环境污染和传统能源枯竭,碱性离子交换膜燃料电池由于其工作效率高和环境友好等优点备受关注。然而,其重要部件之一碱性离子交换膜目前仍面临着较差的尺寸稳定性、低离子电导率和较差的碱稳定性等巨大挑战。因此,具有良好耐碱性和高离子传输性能碱性膜的开发仍是碱性燃料电池应用的主要目标之一。本文提出了通过引入支化结构合成支化聚醚醚酮阴离子交换膜,提高膜的尺寸稳定性,进一步合成了无芳基醚的聚芳吲哚聚合物,以提高膜的耐碱性,梳状支链的引入,改善膜的微相分离结构,构建连通的离子通道,提高膜的离子传导性能。通过间苯三酚、甲基氢醌和4,4’-二氟二苯酮共聚并官能化制备得新型支化聚醚醚酮阴离子交换膜,研究了支化结构对膜性能的影响。所有膜的溶胀度在室温下保持在15%以下,并且在高温下尺寸稳定性良好。支化度对尺寸变化几乎没有影响,但在调整微相分离结构方面起着重要作用。BPEEK-3-Pip-53膜表现出性能最佳,在60℃下其离子电导率为43 mS cm^-1,其浸泡于60℃的1 mol L^-1 KOH水溶液中336小时后离子电导率和离子交换容量分别为最初值的75%和83%...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 燃料电池
        1.1.1 燃料电池的概述
        1.1.2 碱性离子交换膜燃料电池
    1.2 碱性离子交换膜
        1.2.1 碱性离子交换膜的性能要求
        1.2.2 碱性离子交换膜的聚合物骨架
        1.2.3 离子传导基团
    1.3 碱性离子交换膜的研究进展
        1.3.1 交联型碱性离子交换膜
        1.3.2 多功能化碱性离子交换膜
        1.3.3 支化型碱性离子交换膜
        1.3.4 长支链碱性离子交换膜
    1.4 研究思路与研究内容
2 支化聚醚醚酮阴离子交换膜的制备及性能
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 支化聚醚醚酮(BPEEK)聚合物的合成
        2.1.3 溴化BPEEK(Br-BPEEK)的合成
        2.1.4 BPEEK的合成及BPEEK-Pip膜的制备
        2.1.5 表征方法及性能测定
    2.2 膜的性能
        2.2.1 BPEEK聚合物和BPEEK-Pip膜的1H NMR和GPC
        2.2.2 BPEEK-Pip膜吸水率和溶胀度
        2.2.3 BPEEK-Pip膜的IEC
        2.2.4 BPEEK-Pip膜的离子电导率
        2.2.5 BPEEK-Pip膜的热稳定性
        2.2.6 BPEEK-Pip膜的微观结构
        2.2.7 BPEEK-Pip膜的机械性能
        2.2.8 BPEEK-Pip膜的碱稳定性
        2.2.9 BPEEK-Pip膜的单电池性能
    2.3 本章小结
3 季铵化聚芳吲哚阴离子交换膜的制备及性能
    3.1 实验部分
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 聚芳吲哚(PBN)聚合物的合成
        3.1.3 季铵化聚芳吲哚阴离子交换膜(PBN-GA)的制备
        3.1.4 表征方法及性能测定
    3.2 膜的性能
        3.2.1 PBN聚合物和PBN-GA膜的1H NMR、FT-IR结构和GPC
        3.2.2 PBN-GA膜吸水率与溶胀度
        3.2.3 PBN-GA膜的IEC
        3.2.4 PBN-GA膜的离子电导率
        3.2.5 PBN-GA膜的热稳定性
        3.2.6 PBN-GA膜的机械性能
        3.2.7 PBN-GA膜的碱稳定性
        3.2.8 PBN-GA膜的单电池性能
    3.3 本章小结
4 梳状聚芳吲哚阴离子交换膜的制备及性能
    4.1 实验部分
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 聚芳吲哚(PBN)聚合物的合成
        4.1.3 1-溴己基-N-甲基哌啶鎓(Br-Pip)的合成
        4.1.4 梳状聚芳吲哚阴离子交换膜(PBN-Pip)制备
        4.1.5 表征方法及性能测定
    4.2 膜的性能
        4.2.1 PBN-Pip膜的1H NMR及 FT-IR结构
        4.2.2 PBN-Pip膜吸水率与溶胀度
        4.2.3 PBN-Pip膜的IEC
        4.2.4 PBN-Pip膜的离子电导率
        4.2.5 PBN-Pip膜的热稳定性
        4.2.6 PBN-Pip膜的微观结构
        4.2.7 PBN-Pip膜的机械性能
        4.2.8 PBN-Pip膜的碱稳定性
        4.2.9 PBN-Pip膜的单电池性能
    4.3 本章小结
结论
论文创新点及展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3834727