發(fā)布時間：2019-09-21 21:12

【摘要】：堿性陰離子交換膜燃料電池(AAEMFC)在堿性條件下電極反應動力學快,可以應用鈷Co、Ni、Fe等非貴金屬代替Pt作為催化劑,降低了電池的制造成本。AAEMFC的關鍵組件堿性陰離子交換膜(AAEM)主要存在著堿穩(wěn)定性差、機械強度不足、離子電導率低等問題,不能滿足AAEMFC的要求。針對上述問題,本論文設計合成了不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜,通過主鏈結(jié)構(gòu)的電子效應與空間效應對離子基影響的研究,確定有利于咪唑離子基穩(wěn)定的鏈結(jié)構(gòu)。同時通過接枝的方法弱化主鏈結(jié)構(gòu)對離子基不利的影響,從而改善膜的穩(wěn)定性。根據(jù)以上思路,本論文的工作包括以下主要內(nèi)容：(1)聚芳醚砜的合成、堿性膜制備及性能。為研究主鏈結(jié)構(gòu)對離子基的影響,采用不同結(jié)構(gòu)的雙酚單體分別與4,4’-二氟二苯砜合成三種具有不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜。并通過氯甲基化、離子化、鑄膜和堿化等步驟,成功制備了一系列咪唑摀鹽型聚芳醚砜AAEM,包括咪唑離子化的雙酚A聚砜(ImPSf-A-OH)膜、聯(lián)苯聚砜(ImPSf-B-OH)膜、雙酚AF聚砜(ImPSf-C-OH)膜。得到的堿性膜在極性非質(zhì)子溶劑中具有較好的溶解性。膜的離子電導率隨著溫度的增加而增大,80℃下,ImPSf-A-OH、ImPSf-B-OH與ImPSf-C-OH膜的電導率分別為53.98 mS/cm、47.19 mS/cm以及42.46 mS/cm。室溫下,3M的NaOH溶液中浸泡168 h后,離子電導率分別下降了17.6%、11.3%、7.14%。結(jié)合不同膜的熱降解溫度,證實了主鏈結(jié)構(gòu)對離子穩(wěn)定性產(chǎn)生影響推測。(2)接枝型雙酚A聚砜堿性膜的制備及性能。為弱化主鏈結(jié)構(gòu)對咪唑離子基的不利影響,利用氯甲基化的雙酚A聚砜與3-氯-2-甲基-1-丙烯在無水無氧條件下,通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)反應在主鏈與離子基之間接入長鏈段的聚氯甲基丙烯,成功的制備了一種咪唑摀鹽型聚氯甲基丙烯接枝的雙酚A聚砜膜(PSf-A-g-PMAC-OH).膜的IEC為1.75mmol/g,80℃下的溶脹度為40%,離子電導率高達64 mS/cm。根據(jù)TGA結(jié)果表明PSf-A-g-PMAC-OH膜具有良好的熱穩(wěn)定性,室溫下3M的NaOH溶液中浸泡168 h后,電導率下降了15.4%。表明經(jīng)ATRP接枝后,PSf-A-g-PMAC的抗溶脹能力提高,其離子電導率、熱穩(wěn)定性能、堿穩(wěn)定性能均有所提高。本論文研究主鏈結(jié)構(gòu)電子效應和空間效應對離子基的影響,改善堿性膜的性能。為高性能堿性膜的設計和研發(fā)提供新的思路、理論和途徑,對于AAEMFC的發(fā)展具有理論與實踐意義。
【圖文】：

２Ｈ２＋Ｏ２－２Ｈ２Ｏ邐（１．３）逡逑由圖１．２可以看出，通過堿性電解質(zhì)膜的主要是０Ｈ＿，０Ｈ＿從陰極傳過堿性電解質(zhì)膜逡逑至陽極，電子通過外電路定向移動、做功，并構(gòu)成電回路。通常，陽極和陰極上都含有逡逑一定量的催化劑（如，Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ等）來加速電極反應⑴。逡逑ＡＡＥＭＦＣ在堿性環(huán)境下運作，，與比質(zhì)子交換膜燃料電池的酸性工作條件相比，這逡逑消除了電池內(nèi)部的腐燭問題，而且堿性條件下具有更快的氧還原動力學，這種較快的反逡逑應動力學根本上擺脫了對Ｐｔ系催化劑的依賴，可以用一些Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ等非貴金屬催化逡逑劑代替，降低電池的制造成本［Ｉ６．。逡逑－４－逡逑

大連理工大學專業(yè)學位碩士學位論文．３．２堿性陰離子膜的離子傳導機制逡逑堿性陰離子交換膜（Ａｌｋａｌｉｎｅ邋Ａｎｉｏｎ邋Ｅｘｃｈａｎｇｅ邋Ｍｅｍｂｒａｎｅ，ＡＡＥＭ）中ＯＨ—的主傳導機理見圖１．３。從上圖中可以看出，０Ｈ？的傳導機制主要包括：Ｇｒｏｔｔｈｕｓｓ傳導、遷移、跳躍或者對流傳遞ＡＡＥＭ中大多數(shù)的０Ｈ？都是以Ｇｒｏｔｔｈｕｓｓ機制進行［２２］；當膜內(nèi)存在濃度差或者電位差時ｏｔｒ則會以擴散的形式進行傳遞；對流傳遞ＯＦＴ以結(jié)合水的形式穿過ＡＡＥＭ來進行傳導，因此在膜內(nèi)形成水分子的對流流動；ＡＥＭ為季銨功能化的膜時，則主要以表面跳躍的形式進行０日＿的傳遞。逡逑
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ317;TM911.4

【共引文獻】

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本文編號：2539578