基于聚苯并咪唑/功能化离子液体的交联型离子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2021-01-19 12:50

　　燃料电池的核心部件是能够传输离子的离子交换膜,其中质子交换膜（PEMs）是能够传递质子的离子交换膜,它的性能好坏直接决定着电池的性能和使用寿命。聚苯并咪唑（PBI）具有较好的热稳定性和机械强度,而且其气体渗透性和甲醇渗透率低。然而,由于PBI中的质子解离度很低,质子传导率仅为10^-710^-6 S/cm,因而不能直接用于燃料电池。研究人员通常将其掺杂磷酸以获得较高的质子传导率。但是,由于磷酸并未固定在主链上且易溶于水,随着反应进行,磷酸容易流失,从而造成电池性能的显著下降。这是无机酸掺杂聚合物电解质膜所面临的主要问题。研究表明,聚合离子液体能够有效的提高膜的质子传导率,同时兼具离子液体的特性而不易渗出。本论文先合成聚阳离子型离子液体（PIL）,将其引入以聚苯并咪唑为主链的聚合物体系中,加入交联剂KH560,在酸性条件下水解形成共价交联网络,从而制备了PBI/PIL交联复合型高温质子交换膜。相较于纯膜,复合膜具有优异的机械性能和质子传导率,特别是cPBI-BF₄-40膜在170℃无水条件下质子传导率最高... 

【文章来源】：长春工业大学吉林省

【文章页数】：53 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

燃料电池的工作原理示意图

电解质膜聚物（PFSI）进行了大量修饰，例如Nafion 然是一个严峻的挑战。低成本芳族聚合物被认磺化聚芳醚（SPAES，例如 SPEEK）、磺化对中温燃料电池的潜在应用引起了极大关注杂环如咪唑和三唑则作为高操作温度和无道，与全氟磺酸离聚物膜相比，一些聚合物具有优异的质子传导率和良好的燃料电池性加，尽管有助于提高质子传导率，但相应的高性能的 PEMs 是一种有效的方法，但由于期的程度。图 1.2 为 Nafion 膜的化学结构化聚酰亚胺（SPI）膜的化学结构式。

.3 磺化聚芳醚酮（SPAEK）和磺化聚酰亚胺（SPI）膜的化学结合物电解质膜年中，对高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）的发新型膜材料和催化剂方面[12]。120-180 °C 范围内作温度所面临的问题。120 °C 的下边界温度可以避免是为了避免电池性能急剧下降。然而，温度对电荷转移度的升高，转移阻力降低，这将导致燃料电池中更有效到更高的温度，氧化还原反应（ORR）将会增加，从而提，在高于 140 °C 的较高温度下，CO 耐受性增加[13]。高温度的聚合物电解质膜是使用两性聚合物聚苯并咪可以掺杂几种类型的酸，例如 HCl、HNO3、HClO4和异的热稳定性，较高的质子传导率且在高温下具有非今为止唯一符合美国能源部高温膜标准的膜。掺杂磷Grotthuss 机理”，如下所示[16]


本文编号：2987018