本文關(guān)鍵詞：基于新型聚芳醚砜的堿性燃料電池隔膜的合成及性能研究

  更多相關(guān)文章： 陰離子交換膜 嗎啡啉功能化聚合物 電導(dǎo)率 穩(wěn)定性

【摘要】：燃料電池近來逐漸成為研究的熱點,尤其是成本低廉的堿性燃料電池(AMFCs)近來備受關(guān)注。但是作為核心部件的陰離子交換膜,在導(dǎo)電性能與力學(xué)性能方面與實際應(yīng)用的要求還有一定的差距。本論文主要致力于研發(fā)新型的帶有兩個官能團的單體,再通過分子設(shè)計的方法制備出不同種類的陰離子聚合物膜,期望能同時獲得較高的離子電導(dǎo)率和較好的力學(xué)穩(wěn)定性。首先以聯(lián)苯、多聚甲醛和嗎啡啉為原料,利用曼尼希反應(yīng)合成了3,3'-二嗎啡啉甲基-4,4'-二羥基二聯(lián)苯單體,簡稱DMPBP。再以單體DMPBP與雙酚A和4,4'-二氟二苯砜進行縮聚反應(yīng),合成出DMPBP含量不同的無規(guī)共聚物(PESTN-X,X為單體DMPBP占總的含羥基單體的摩爾百分比),然后再與碘甲烷(CH3I)反應(yīng)得到季銨化產(chǎn)物(PESQNI-X),最后鋪膜堿化,得到無規(guī)共聚物膜(PESQNOH-X)。核磁氫譜表明,合成了目標單體和目標聚合物。膜的性能測試結(jié)果表明,無規(guī)共聚物膜的離子交換容量和電導(dǎo)率都很高,但溫度升高,吸水率急劇增加,機械強度下降,難以應(yīng)用。在論文第二部分,通過分子設(shè)計方法合成了一種嵌段聚合物。首先以單體DMPBP和4,4'-二氟二苯砜為原料合成了聚合度(DP)為4的低聚物,簡稱BDMPBP,再用此低聚物與雙酚A和4,4'-二氟二苯砜進行縮聚反應(yīng),合成一系列比例不同的嵌段聚合物BPESTN-X(X為低聚物BDMPBP占總含氟單體的摩爾百分比),經(jīng)過季銨化反應(yīng)得到聚合物BPESQNI-X,最后堿化得到嵌段聚合物BPESQNOH-X。BPESQNOH-X膜具有好的力學(xué)穩(wěn)定性,耐堿穩(wěn)定性強于無規(guī)共聚物而且還可以保持高的離子電導(dǎo)率。例如離子交換容量數(shù)值最高(2.21mmol/g)的BPESQNOH-60膜溫度為20 oC時,離子電導(dǎo)率達到了4.32×10-2 S/cm,此時的吸水率為33%;在80 oC時,離子電導(dǎo)率達到了5.32×10-2 S/cm,此時的吸水率僅為40%。結(jié)果表明,嵌段聚合物在堿性燃料電池的應(yīng)用方面比無規(guī)聚合物更有潛力。通過分子設(shè)計方法合成的嵌段型的聚合物與無規(guī)共聚物相比有更明顯的親水區(qū)域(聚集在聚合物的側(cè)鏈)和疏水區(qū)域(聚集在聚合物的主鏈),正是因為這種內(nèi)部的相分離結(jié)構(gòu)的作用,有利于在膜內(nèi)形成連續(xù)的離子傳輸通道。
【關(guān)鍵詞】：陰離子交換膜 嗎啡啉功能化聚合物 電導(dǎo)率 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符號說明注釋表10-11
• 第一章 前言11-27
• 1.1 燃料電池11-13
• 1.1.1 燃料電池的工作原理11-12
• 1.1.2 燃料電池的分類12-13
• 1.2 聚合物電解質(zhì)燃料電池的分類13-18
• 1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）14-15
• 1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）存在的問題15-16
• 1.2.3 陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）16-18
• 1.3 堿性陰離子交換膜（AEM）18-20
• 1.3.1 陰離子交換膜(AEM)的使用要求18-19
• 1.3.2 商業(yè)化的陰離子交換膜(AEM)19-20
• 1.4 陰離子交換膜(AEM)的研究近況20-25
• 1.5 選題意義及研究內(nèi)容25-27
• 第二章 實驗材料與性能測試的方法27-32
• 2.1 實驗設(shè)備及實驗材料27-29
• 2.1.1 實驗設(shè)備27
• 2.1.2 實驗材料及試劑27-28
• 2.1.3 所用原料及試劑的提純28-29
• 2.2 膜的表征及性能測試29-32
• 2.2.1 核磁共振分析（NMR）29
• 2.2.2 紅外光譜（IR）29
• 2.2.3 特性粘度（[η]）29
• 2.2.4 吸水率（WU）及溶脹率（SR）29-30
• 2.2.5 離子交換容量（IEC）30
• 2.2.6 膜的耐堿穩(wěn)定性30
• 2.2.7 抗氧化性能的測試30
• 2.2.8 熱重分析（TG）30-31
• 2.2.9 電導(dǎo)率31-32
• 第三章 含單體DMPBP的無規(guī)聚芳醚砜類陰離子交換膜32-48
• 3.1 引言32
• 3.2 單體DMPBP的合成及表征32-34
• 3.2.1 單體DMPBP的合成32-33
• 3.2.2 單體DMPBP的表征33-34
• 3.3 含單體DMPBP的無規(guī)聚芳醚砜的制備與季銨化34-41
• 3.3.1 無規(guī)聚芳醚砜PESTN的合成和核磁分析34-38
• 3.3.2 季銨化無規(guī)聚芳醚砜PESQNI的合成和核磁分析38-40
• 3.3.3 PESQNOH膜的制備40
• 3.3.4 不同比例的PESTN-X，PESQNI-X和PESQNOH-X的粘度分析40-41
• 3.4 無規(guī)聚合物的性能研究41-47
• 3.4.1 無規(guī)聚合物PESTN的熱性能研究41-42
• 3.4.2 離子交換容量、吸水率和電導(dǎo)率42-45
• 3.4.3 膜的耐堿穩(wěn)定性45-47
• 3.5 小結(jié)47-48
• 第四章 含低聚物BDMPDP的嵌段聚醚砜類陰離子交換膜48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 低聚物BDMPDP的合成及結(jié)構(gòu)表征48-51
• 4.2.1 低聚物BDMPDP的合成48-50
• 4.2.2 低聚物BDMPDP的表征50-51
• 4.3 含BDMPDP的嵌段聚芳醚砜的制備與季銨化51-56
• 4.3.1 含BDMPDP的嵌段聚芳醚砜BPESTN的合成51-52
• 4.3.2 CH_3季銨化嵌段聚芳醚砜BPESTN的BPESQNI的合成52-53
• 4.3.3 聚合物BPESTN和BPESQNI的表征53-55
• 4.3.4 膜的制備55-56
• 4.4 嵌段聚合物的性能研究56-63
• 4.4.1 嵌段聚合物的熱穩(wěn)定性56-57
• 4.4.2 離子交換容量、溶脹率和吸水率57-60
• 4.4.3 膜的離子電導(dǎo)率60-61
• 4.4.4 膜的化學(xué)穩(wěn)定性61-63
• 4.5 小結(jié)63-64
• 第五章 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-73
• 附圖73-78
• 個人簡歷78-79
• 致謝79

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 盧利平;;我國研制成功不使用昂貴白金的新型堿性燃料電池[J];功能材料信息;2009年01期

2 沈玉偉;;Karl.Kordesch教授——世界杰出的電化學(xué)家,創(chuàng)新巨匠,中國人民的好朋友,我的恩師(Ⅰ)[J];電池;2011年02期

3 楊明,孫鯤鵬,杜俊岐,白守禮,陳靄t，

本文編號：1022264