離子交換膜是一種具有離子傳輸官能團的固體電解質(zhì),因其對特定離子的選擇透過特性,在氯堿工業(yè)、污水處理等傳統(tǒng)化工領域扮演著重要角色。近年來,全球變暖推動了非化石能源的研究和發(fā)展,利用環(huán)境友好的替代清潔能源發(fā)電已成為一個必然趨勢。陰離子交換膜燃料電池是一種將化學能直接高效轉(zhuǎn)化為電能的新型清潔發(fā)電技術,近年來受到了廣泛的關注。它包括正極、負極以及一個在中間傳輸離子的電解質(zhì)層。而在陰離子交換膜燃料電池中的這層電解質(zhì)同時起到傳遞陰離子并且阻隔燃料的作用。在高pH值條件下,陰離子交換膜的聚合物主體容易受到氫氧根離子的攻擊從而縮短膜的使用壽命。到目前為止,如何同時提高陰離子交換膜的傳導率和長期穩(wěn)定性成為了科研工作者的研究熱點和難點之一。通常為了提高離子傳導率,最為直接的辦法是提高膜內(nèi)離子傳輸官能團的密度,即離子交換容量(IEC),但是隨著IEC的增強,膜的親水性會隨之增加,過量的吸水導致過度溶脹甚至是溶解,影響膜的穩(wěn)定性。因此,本文從離子傳輸官能團和膜微觀聚集態(tài)結(jié)構入手,研究咪唑官能團和二茂鐵官能團對離子傳輸性能的影響,以及膜微觀形貌對離子傳輸性能的影響。在各種離子傳輸官能團結(jié)構中,咪唑環(huán)共軛結(jié)構經(jīng)過...

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 燃料電池
    1.2 質(zhì)子交換膜
        1.2.1 聚苯乙烯基質(zhì)子交換膜
        1.2.2 聚芳醚類質(zhì)子交換膜
        1.2.3 聚酰銨和聚酰亞銨類質(zhì)子交換膜
        1.2.4 質(zhì)子交換膜的優(yōu)勢和局限性
    1.3 陰離子交換膜
        1.3.1 基于Nafion制備的陰離子交換膜
        1.3.2 基于部分含氟或無氟烯烴聚合物制備的陰離子交換膜
        1.3.3 聚芳醚類聚合物的陰離子交換膜
        1.3.4 基于微孔聚合物的陰離子交換膜
        1.3.5 基于聚離子液體的陰離子交換膜
        1.3.6 基于聚芳基哌啶聚合物的陰離子交換膜
        1.3.7 基于聚苯并咪唑的陰離子交換膜
    1.4 陰離子交換膜面臨的問題
    1.5 陰離子交換膜的改性方法
        1.5.1 優(yōu)化陽離子官能團的穩(wěn)定性
        1.5.2 優(yōu)化聚合物主鏈的穩(wěn)定性
        1.5.3 優(yōu)化微觀相分離結(jié)構提高離子傳導率
    1.6 本論文的設計思想與主要內(nèi)容
第2章 陰離子交換膜的表征及性能測試
    2.1 陰離子交換膜的結(jié)構表征
    2.2 陰離子交換膜的性能測試
第3章 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合型陰離子交換膜的制備及性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗材料與試劑
        3.2.2 聚苯并咪唑的合成,無機-有機填料的制備
        3.2.3 制備聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合型陰離子交換膜
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 聚苯并咪唑的核磁表征
        3.3.2 磷鎢酸-離子液體(PWA-IL)及復合膜的紅外表征
        3.3.3 磷鎢酸-離子液體(PWA-IL)的微觀形貌
        3.3.4 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的微觀形貌
        3.3.5 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的熱穩(wěn)定性
        3.3.6 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的氧化穩(wěn)定性
        3.3.7 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的力學性能
        3.3.8 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的離子交換容量
        3.3.9 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復合膜的OH^-離子傳導率
    3.4 小節(jié)
第4章 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合型陰離子交換膜的制備及性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗材料與試劑
        4.2.2 羥基聚苯并咪唑的合成
        4.2.3 二茂鐵前驅(qū)體的制備
        4.2.4 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合型陰離子交換膜
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 羥基聚苯并咪唑和二茂鐵前驅(qū)體的制備
        4.3.2 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的溶解性
        4.3.3 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的紅外表征
        4.3.4 季銨-二茂鐵前驅(qū)體的自聚集
        4.3.5 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的微觀形貌
        4.3.6 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的氧化穩(wěn)定性
        4.3.7 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的親水性
        4.3.8 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的熱穩(wěn)定性
        4.3.9 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的力學性能
        4.3.10 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復合膜的OH^-離子傳導率
    4.4 小節(jié)
第5章 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)型陰離子交換膜的制備及性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗材料與試劑
        5.2.2 四甲基型聚芳醚酮(TMPAEK)的合成
        5.2.3 咪唑基離子液體(IL)的合成
        5.2.4 四甲基型聚芳醚酮的溴代反應
        5.2.5 咪唑基聚合離子液體(PIL)的合成
        5.2.6 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的制備
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的制備及結(jié)構表征
        5.3.2 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的溶膠-凝膠測試
        5.3.3 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的表面潤濕性
        5.3.4 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的特異性溶脹
        5.3.5 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的微觀形貌
        5.3.6 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的氫氧根離子傳導率
        5.3.7 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的熱穩(wěn)定性
        5.3.8 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的力學性能
    5.4 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻
作者簡介
攻讀博士學位期間研究成果



本文編號：3805854