本文關鍵詞：堿性復合陰離子交換膜的制備及表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：陰離子交換膜燃料電池(AEMFCs),因具有獨特燃料滲透率低、效率高、水管理簡單等優(yōu)勢,近年來日益引起廣泛關注。陰離子交換膜(AEMs)是AEMFC的關鍵材料,目前存在的問題主要有:(i)氫氧根離子傳導率低,(ii)穩(wěn)定性差。為此,本論文擬通過向高分子膜基質(zhì)中引入無機或有機材料在膜內(nèi)構(gòu)筑傳導路徑,以提高其氫氧根離子傳導率,同時借助兩類材料間的相互作用力提高膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,進而賦予膜傳導穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容包括:(1)應用沉淀共蒸餾聚合技術合成了咪唑高分子層功能化的氧化石墨烯(GO),并以殼聚糖(CS)為基質(zhì)制備復合膜。并對膜的氫氧根離子電導率等性能進行了表征與測試。同時系統(tǒng)研究了咪唑環(huán)上所帶側(cè)鏈對其傳遞能力的影響及其規(guī)律。復合膜表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和傳導率,性能最優(yōu)的復合膜CS/E-Im GO-2.0在90℃、100%RH條件下的傳導率達到1.02×10-2S cm-1,是CS空白膜傳導率(2.51×10-3 S cm-1)的4倍。(2)應用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術設計合成了基于咪唑高分子刷改性的GO(AIm GO),以成膜性較好的聚乙烯醇(PVA)為膜基質(zhì)制備復合膜。研究發(fā)現(xiàn),AIm GOs上接枝的咪唑高分子刷與PVA鏈之間具有很好的相容性,而且高分子刷能夠嵌入膜基質(zhì)中,在兩者的共同作用下,實現(xiàn)離子氫氧根離子的快速傳遞。結(jié)果表明,接枝長咪唑高分子刷修飾GO填充的復合膜具有優(yōu)異的氫氧根離子傳遞性能,PVA/EL-AIm GO-2.0在80℃,100%RH下的傳導率達到了6.01×10-2 S cm-1,比純PVA空白膜(3.16×10-2 S cm-1)提高了191.7%。(3)應用靜電紡絲技術,制備PVA-NF和PVACS-NF兩種納米纖維,然后分別以CS和PVA為膜基質(zhì),填充纖維的空隙制備出纖維復合膜,以此來研究聚合物纖維化對膜的理化性能以及氫氧根離子傳導性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),纖維復合膜比空白膜表現(xiàn)出更好的氫氧根離子傳遞性能,復合膜CS/PVACS-NF和PVA/PVACS-NF在80℃,100%RH下,分別達到了5.18×10-2S cm-1和5.52×10-2S cm-1的氫氧根離子傳導率。
【關鍵詞】：堿性燃料電池 陰離子交換膜 有機無機雜化 高分子層 高分子刷 靜電紡絲
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ425.236;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 堿性燃料電池9-11
• 1.2.1 燃料電池的基本原理9-10
• 1.2.2 燃料電池的優(yōu)缺點10-11
• 1.2.3 燃料電池的分類及特點11
• 1.3 聚合物電解質(zhì)膜燃料電池11-14
• 1.3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池12-13
• 1.3.2 堿性陰離子交換膜燃料電池13-14
• 1.4 堿性陰離子交換膜的性能14-18
• 1.4.1 離子功能基團降解機理14-16
• 1.4.2 氫氧根離子在膜內(nèi)的傳遞機理16-18
• 1.5 論文選題及其意義18-19
• 2 實驗部分19-24
• 2.1 實驗試劑、材料與儀器19-20
• 2.1.1 實驗試劑與材料19-20
• 2.1.2 實驗設備與儀器20
• 2.2 膜的結(jié)構(gòu)表征20-21
• 2.2.1 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）20-21
• 2.2.2 透射電子顯微鏡（TEM）21
• 2.2.3 場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）21
• 2.2.4 熱重分析（TGA）21
• 2.2.5 X射線衍射（XRD）21
• 2.3 膜的性能測試21-24
• 2.3.1 吸水率（Water uptake）和溶脹度（Swelling ratio）21-22
• 2.3.2 離子交換容量（IEC）22
• 2.3.3 氫氧根離子傳導率22-24
• 3 改性GO/殼聚糖堿性復合膜的制備24-40
• 3.1 復合膜的制備24-25
• 3.1.1 GO和Im GO的制備24
• 3.1.2 復合膜的制備24-25
• 3.2 GO和Im GO的表征25-28
• 3.3 膜的制備與物理化學性質(zhì)表征28-33
• 3.4 膜吸水率和溶脹性能研究33-34
• 3.5 膜的IEC和氫氧根離子傳遞性能34-39
• 3.5.1 膜的IEC34-35
• 3.5.2 膜氫氧根離子傳導率35-39
• 3.6 小結(jié)39-40
• 4 咪唑高分子刷修飾的GO/PVA復合膜的制備40-55
• 4.1 基于PVA復合膜的制備40-42
• 4.1.1 GO和AImGOs的制備40-41
• 4.1.2 PVA復合膜的制備41-42
• 4.2 GO和AImGOs的表征42-45
• 4.3 膜的結(jié)構(gòu)表征及其物化性質(zhì)45-48
• 4.4 膜的吸水溶脹和IEC48-50
• 4.5 膜的氫氧根離子傳遞性能研究50-53
• 4.6 小結(jié)53-55
• 5 靜電紡絲技術制備納米纖維復合膜55-67
• 5.1 納米纖維復合膜的制備56-57
• 5.1.1 PVA-NF和PVA&CS-NF納米纖維的制備56
• 5.1.2 PVA/PVA-NF、CS/ PVA-NF、PVA/PVA&CS-NF、CS/PVA&CS-NF納米纖維復合膜的制備56-57
• 5.2 PVA-NF和PVA&CS-NF納米纖維的表征57-58
• 5.3 納米纖維復合膜的結(jié)構(gòu)表征與物化性質(zhì)測試58-61
• 5.4 納米纖維復合膜的吸水溶脹61-63
• 5.5 納米纖維復合膜的氫氧根離子傳導率63-65
• 5.6 小結(jié)65-67
• 6 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-73
• 個人簡歷、攻讀碩士期間發(fā)表論文情況73-74
• 致謝74

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本文編號：441843