基于脲基氢键作用的非共价交联型阴离子交换膜的构筑与性能研究
发布时间：2021-12-10 19:28
目前,随着各国对环境保护的日益重视,新型清洁能源的开发受到越来越多的关注。阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）作为新一代聚电解质燃料电池,具有氧气还原反应（ORR）动力学快、可使用非贵金属催化剂等突出优势,成为近年来燃料电池领域的研究热点。作为AEMFC核心部件的阴离子交换膜（AEM）,其电导率不高、耐碱性差、低的尺寸稳定性是其面临的主要问题之一。因此,平衡AEM的离子基元含量、电导率、尺寸稳定性的关系是实现其高性能化的重要途径。本工作通过将可形成氢键非共价相互作用的脲基引入到聚合物侧链,控制脲键的引入方式及在侧链上的位置,构筑具有不同结构的AEM,并研究脲基氢键相互作用对AEM性能的影响。主要就以下三个方面开展工作:1)考察了脲基在聚苯醚（PPO）侧链的链接位置对AEM性能的影响。通过PPO侧链修饰,分别制备出苄基连接季铵侧链、末端悬挂脲键的AEM（s U-AEMs）和苄基连接脲基侧链、末端悬挂季铵的AEM（b U-AEMs）。通过溶解性和变温红外实验证明了脲基在AEM中均形成了氢键交联结构,且b U-AEMs的氢键作用强度要高于s U-AEMs,因而抑制了AEM的过度吸水和溶胀。如b...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国2008-2018年石油和天然气对外依存度（根据国家统计局数据绘制）
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文2进节能减排，倡导绿色发展，并且加大对环境污染治理的投资，图1.2是2006-2017年中国环境污染投资总额，从2006年开始，中国在环境治理上投资的金额增长的较快，在2014年就超过了9500亿元，2015年略有降低，后保持着上升的势头。可以看出，一方面中国在环境保护上做出了努力，另外一方面，环境治理的压力也存在，因此中国经济必须要坚持走绿色的发展道路，坚持低碳环保。图1.2中国在2006-2017年环境污染治理上的投资总额（根据国家统计局数据绘制）Fig.1.2ThetotalinvestmentinenvironmentalpollutioncontrolinChinafrom2006to2017year2014年我国将能源问题提到了“革命”的高度。2015年在巴黎气候大会上，我国承诺在2030年非化石能源消费占一次能源消费比重将会增加到20%。2015年中国出台的《中国制造2025》中明确提出我国制造业的工作重点包括开展重大节能环保、资源综合利用、再制造、低碳技术产业化示范；推进节能与新能源汽车的发展。调整我国能源结构，降低能源的依赖，推进绿色低碳环保的能源方式是我国政府工作的重点之一。新能源事业正在蓬勃的发展，目前推广应用的新能源主要有风能、太阳能等，它们来源广泛，无污染；但是这些新能源受到场地的限制，不稳定、便携性差。燃料电池（FuelCell）可以直接将化学能转化为电能，无卡诺循环，能效高，只要在外部持续的供应燃料，便可以源源不断的输出动力。燃料电池具有能量密度高、转化效率高的特点，其能量密度是可达到传统内燃机的30倍，理论上能量转换效率可以达到85%～90%；工作可靠性强，几乎没有转动部件，因此工作系统运行更加可靠，可以持续的供能；清洁环保，可供选择的燃料来源广，如氢气、甲醇、酒精、沼气等。如使用氢气作为燃料，排放物只?
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文4采用的燃料电池电堆具有轻巧、寿命长、比功率高等优点；可在20℃的低温启动，快速加氢，只需3到5分钟，能续航450公里以上。计划在接下来两年内生产3000台“开沃·泰歌号”燃料电池汽车。1.1.3燃料电池工作特点及分类燃料电池主要由正极、电解质、负极三部分组成。燃料电池种类较多，但工作原理大致相同。从图1.3[7]中我们可以看出，燃料电池的工作原理大致如下：燃料（如氢气等）通过催化作用在电池的阳极发生生氧化反应，生成阳离子，并产生自由电子；同时阴极上，氧化物在催化作用下得到电子，发生还原反应并生成阴离子；电池中生成的离子通过电解质迁移到另外一个电极上，并在该电极上与其相反的离子结合生成产物，并排放出来。与此同时，外电路中电子定向的从阳极移动到阴极为外部供电[7-8]。图1.3五种燃料电池运行条件示意图Fig.1.3Fivetypesoffuelcellsandtheiroperatingconditions燃料电池种类也较多，分类方法有多种。根据工作温度的不同，主要分成低温燃料电池（工作温度在120°C以下）和高温燃料电池（工作温度在200°C-1000°C）两大类[9]。根据电解质种类的不同，可将燃料电池主要分为以下五类[8]以及这五类燃料电池的主要技术指标和参数如表1.2所示。（1）碱性燃料电池（AFC），这是在实践应用中最早的一种燃料电池。早在20世纪中叶美国NASA就使用AFCs为阿波罗号提供电力。燃料采用纯净的氢气，氧化剂采用纯氧气。主要缺点是CO2会破坏碱性电解质，AFC因易吸收CO2生成一些碳酸盐、碳酸氢盐或者沉淀物导致固体沉积、漏液等严重影响电池性能和造
本文编号：3533255
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国2008-2018年石油和天然气对外依存度（根据国家统计局数据绘制）
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文2进节能减排，倡导绿色发展，并且加大对环境污染治理的投资，图1.2是2006-2017年中国环境污染投资总额，从2006年开始，中国在环境治理上投资的金额增长的较快，在2014年就超过了9500亿元，2015年略有降低，后保持着上升的势头。可以看出，一方面中国在环境保护上做出了努力，另外一方面，环境治理的压力也存在，因此中国经济必须要坚持走绿色的发展道路，坚持低碳环保。图1.2中国在2006-2017年环境污染治理上的投资总额（根据国家统计局数据绘制）Fig.1.2ThetotalinvestmentinenvironmentalpollutioncontrolinChinafrom2006to2017year2014年我国将能源问题提到了“革命”的高度。2015年在巴黎气候大会上，我国承诺在2030年非化石能源消费占一次能源消费比重将会增加到20%。2015年中国出台的《中国制造2025》中明确提出我国制造业的工作重点包括开展重大节能环保、资源综合利用、再制造、低碳技术产业化示范；推进节能与新能源汽车的发展。调整我国能源结构，降低能源的依赖，推进绿色低碳环保的能源方式是我国政府工作的重点之一。新能源事业正在蓬勃的发展，目前推广应用的新能源主要有风能、太阳能等，它们来源广泛，无污染；但是这些新能源受到场地的限制，不稳定、便携性差。燃料电池（FuelCell）可以直接将化学能转化为电能，无卡诺循环，能效高，只要在外部持续的供应燃料，便可以源源不断的输出动力。燃料电池具有能量密度高、转化效率高的特点，其能量密度是可达到传统内燃机的30倍，理论上能量转换效率可以达到85%～90%；工作可靠性强，几乎没有转动部件，因此工作系统运行更加可靠，可以持续的供能；清洁环保，可供选择的燃料来源广，如氢气、甲醇、酒精、沼气等。如使用氢气作为燃料，排放物只?
合肥工业大学专业硕士研究生学位论文4采用的燃料电池电堆具有轻巧、寿命长、比功率高等优点；可在20℃的低温启动，快速加氢，只需3到5分钟，能续航450公里以上。计划在接下来两年内生产3000台“开沃·泰歌号”燃料电池汽车。1.1.3燃料电池工作特点及分类燃料电池主要由正极、电解质、负极三部分组成。燃料电池种类较多，但工作原理大致相同。从图1.3[7]中我们可以看出，燃料电池的工作原理大致如下：燃料（如氢气等）通过催化作用在电池的阳极发生生氧化反应，生成阳离子，并产生自由电子；同时阴极上，氧化物在催化作用下得到电子，发生还原反应并生成阴离子；电池中生成的离子通过电解质迁移到另外一个电极上，并在该电极上与其相反的离子结合生成产物，并排放出来。与此同时，外电路中电子定向的从阳极移动到阴极为外部供电[7-8]。图1.3五种燃料电池运行条件示意图Fig.1.3Fivetypesoffuelcellsandtheiroperatingconditions燃料电池种类也较多，分类方法有多种。根据工作温度的不同，主要分成低温燃料电池（工作温度在120°C以下）和高温燃料电池（工作温度在200°C-1000°C）两大类[9]。根据电解质种类的不同，可将燃料电池主要分为以下五类[8]以及这五类燃料电池的主要技术指标和参数如表1.2所示。（1）碱性燃料电池（AFC），这是在实践应用中最早的一种燃料电池。早在20世纪中叶美国NASA就使用AFCs为阿波罗号提供电力。燃料采用纯净的氢气，氧化剂采用纯氧气。主要缺点是CO2会破坏碱性电解质，AFC因易吸收CO2生成一些碳酸盐、碳酸氢盐或者沉淀物导致固体沉积、漏液等严重影响电池性能和造
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