堿性陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）具有陰極反應(yīng)動力學(xué)快、可以使用非貴金屬催化劑、耐腐蝕性以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn),近年來受到廣泛的關(guān)注。陰離子交換膜（AEM）作為堿性燃料電池的關(guān)鍵組件之一,起著隔絕氧氣和傳導(dǎo)離子的重要作用。但其目前仍然存在著離子傳導(dǎo)率低、堿性穩(wěn)定性差和機(jī)械性能差等亟需解決的問題。本論文跳出傳統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計思路（即通過高離子交換容量（IEC）提高離子電導(dǎo)率）,轉(zhuǎn)而通過構(gòu)建高效親水離子通道,在低IEC條件下,獲得高離子傳導(dǎo)率的復(fù)合膜。本論文的主要工作有:（1）季銨化纖維素（QCNC）/季銨化聚苯醚（QPPO）共混復(fù)合陰離子交換膜。采用氨基硅烷偶聯(lián)劑制備季銨化纖維素納米晶體（QCNC）,并將其均勻分散至QPPO基體。TEM觀察表明,QCNC在QPPO基質(zhì)中均勻分布,并形成了清晰的QCNC網(wǎng)絡(luò),從而構(gòu)建有效離子通道,顯著增強(qiáng)了復(fù)合膜的離子電導(dǎo)率。研究表明,2 wt%QCNC/QPPO復(fù)合膜電導(dǎo)率(60 mS cm^-1,80℃)是純QPPO膜的160%。此外,基于2 wt%QCNC/QPPO復(fù)合膜組裝的膜電極,用于H₂/O_2... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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H2/O2質(zhì)子交換膜燃料電池示意圖

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒言6圖1.2堿性陰離子交換膜結(jié)構(gòu)示意圖Figure.1.2Schematicdiagramofthebasicanionexchangemembrane陰離子交換膜燃料電池與質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，其中電池的功率密度是判定電池的性能、壽命的重要參數(shù)。目前，堿性陰離子交換膜燃料電池測試即便以貴金屬為催化劑，同等條件下，其電池的功率密度也要比質(zhì)子交換膜燃料電池測試性能低很多。堿性陰離子交換膜燃料電池性能低的主要原因是陰離子交換膜的電導(dǎo)率低，而膜電極制備上，AEMs與催化層上不合適離聚物之間的相互作用也會導(dǎo)致影響電池性能降低。堿性陰離子交換膜燃料電池，在高溫、強(qiáng)堿性、強(qiáng)氧化性（溫度>60℃，PH>14），其AEMFCs的使用壽命主要取決于陰離子交換膜的堿性穩(wěn)定性、耐氧化性、機(jī)械穩(wěn)定性等[19]。另外，陰離子交換膜的原料成本、原料清潔性、加工成本以及加工的安全性都是決定AEMFCs是否可以實現(xiàn)應(yīng)用的影響因素。1.2.3陰離子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn)陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）是在質(zhì)子交換膜燃料電池之后，科學(xué)研究者們發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)質(zhì)子交換膜燃料電池的不足。其具有以下幾個值得關(guān)注的優(yōu)點(diǎn)[19]，其對于未來的AEMFC發(fā)展具有極大的推動。①堿性條件下，反應(yīng)動力學(xué)更快在堿性環(huán)境下，氧氣具有較高的反應(yīng)動力學(xué)，有利于加快陰極氧氣的還原反應(yīng)速度，提高電池效率。這些快速的反應(yīng)動力，可以減少或者消除對于貴金屬（例如Pt催化劑）的需求。例如可以使用非貴金屬催化劑，在電化學(xué)這塊領(lǐng)域中，科學(xué)研究者在開發(fā)除了貴金屬以外的催化劑，使得質(zhì)子交換膜燃料電池依然有很高的電池性能。而堿性燃料電池在堿性條件下有更快的反應(yīng)動力學(xué)，即便是運(yùn)用催

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒言9圖1.3常見的陽離子基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)式[19]Figure.1.3Chemicalstructuresofcommomcationgroups[19]目前大多數(shù)陰離子交換膜常采用季銨鹽作為離子基團(tuán)，然而在強(qiáng)堿和高溫條件下，季銨基團(tuán)容易受OH-的進(jìn)攻而發(fā)生降解，降解機(jī)理主要有兩種途徑[38,39]（圖1.4）：一類是SN2親核取代，其中氫氧根離子可強(qiáng)烈攻擊銨基上的α-H形個醇基和胺,如反應(yīng)（3）、（4）；一類是E2Hofmann消除，導(dǎo)致季銨基團(tuán)裂解，如反應(yīng)（2）。因此，由于陽離子基團(tuán)發(fā)生降解，導(dǎo)致陽離子基團(tuán)減少，從而離子傳導(dǎo)率降低。圖1.4陰離子交換膜常見降解機(jī)理[19]Figure.1.4Commondegradationmechanismofanionexchangemembrane[19]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3254222