本文選題：燃料電池 + 質(zhì)子交換膜　； 參考：《武漢理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：能源是世界得以運行的原動力,現(xiàn)如今全球能源需求持續(xù)增加。由于人口的快速增長、技術(shù)的革新以及機械技術(shù)的發(fā)明,使得能源消耗殆盡的速度也越來越快。石油是目前應用最為廣泛的燃料,但它是不可再生的。人們對汽油和柴油的需求持續(xù)增長使得對能源的依賴越來越單一,然而這這種單一的能源總會有消耗殆盡的一天。另一方面,石油化石燃料的使用也為環(huán)境增加了許多負擔,如溫室效應等。人們意識到可再生能源、能源多樣性、環(huán)境保護對可持續(xù)發(fā)展的重要性,所以在全球范圍內(nèi),人們對可再生能源技術(shù)的投入也越來越多。如果在廣泛的使用氫氣作為燃料,不僅可以減少對化石燃料的依賴,還有利于減少溫室氣體的排放。像地熱能、風能、氫能、太陽能等替代能源將在滿足人們對能源需求過程中起到舉足輕重的作用,這不僅能使我們這一代人受益,還能讓后世子孫受益。氫氣在某種程度上來說是一種很有前途的能量載體,因為它可以從許多豐富能源包括化石能源,核能中獲得,并且可再生。使用氫能,尤其是為了運輸需求,將使我們能夠用豐富的國內(nèi)資源使能源供應更加多樣化。燃料電池用氫氣來發(fā)電,副產(chǎn)品只有水和熱。并且,燃料電池不像其他的技術(shù),它能利用沼氣、甲烷、丁烷等來提供氫能。聚合物電解質(zhì)膜燃料電池被研究用作低功率電化學能量轉(zhuǎn)換裝置,它被看做是潛在的能量轉(zhuǎn)換裝置來替代傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)如內(nèi)燃機。聚合物電解質(zhì)膜對燃料電池的整體性能起著至關(guān)重要的作。全氟磺酸膜仍然是使用量最大的質(zhì)子交換膜材料,然而,使用Nafion膜的燃料電池在運行時也會出現(xiàn)一些問題,例如水和熱的管理困難使得Nafion膜的應用受到限制。因此研究一種在高達100℃和低濕度下仍然保持致密、良好的機械性能和高質(zhì)子電導率的膜用于質(zhì)子交換燃料電池對研究者來說極具挑戰(zhàn)性。最近,100℃以上高溫質(zhì)子交換膜燃料電池被提出來,用來取代低溫質(zhì)子交換膜燃料電池,可以解決催化劑CO中毒和水淹現(xiàn)象,有助于燃料電池效率的提高。在我的研究工作中,為了解決目前高溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中的技術(shù)難題,我們通過縮聚和Friedel Crafts親電取代反應制備了一種以磺酸基團功能化或者以高極性、兩性(酸堿性)和自游離分子(咪唑)功能化的聚砜(PSF)膜材料,并對性能進行了研究。咪唑是一種高極化的化合物,分子結(jié)構(gòu)中既包含質(zhì)子給予體(NH),又包含質(zhì)子受體(N:),最近的研究表明咪唑可以用作高溫無水溶劑。PSF是一種高性能熱塑性樹脂,有良好的化學性能,機械性能和熱穩(wěn)定性能。最近,這些高分子被頻繁改性并用作高溫燃料電池質(zhì)子導電膜材料,尤其是溫度高于100°C。在兩個實例中,官能團(離子位點)一方面與聚合物骨架相分離,另一方面在支鏈區(qū)域集中。通過將離子位點與主鏈相隔離,實驗制備的薄膜的疏水與親水區(qū)域的納米相分離將受到影響,反之,也會為膜提供一種水吸收平衡。實驗中,我們通過多種技術(shù)來表征所制備的薄膜。光譜和熱表征是兩項表征材料結(jié)構(gòu)特征功能特性和電池應用的重要手段。傅里葉紅外(FTIR)和核磁共振(NMR)將用于表征薄膜的結(jié)構(gòu)和組成特征。其他表征技術(shù)還有:TGA,SEM,AFM,機械性能等。實驗表明所制備的薄膜不僅表現(xiàn)出了較高的導電性能,還表現(xiàn)出了優(yōu)異的機械性能。在無水環(huán)境下,通過阻抗測試發(fā)現(xiàn),薄膜的離子導電率在140℃時達到7.94 10 3,并且質(zhì)子傳導的活化能為11.6 kJ mol-1。因此,相比于直接磺化芳烴材料,通過對這些材料的修飾,使得材料具有質(zhì)子傳導性能和熱穩(wěn)定性能。
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【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2;TM911.4
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本文編號：2049815