【摘要】：人類文明在進步的過程中,始終伴隨著能源的不斷變化,每一次能源的質(zhì)的飛越,都是人類前進的偉大變革。而隨著人類科技的進步,我們已經(jīng)不只在意能源的高效性,更重視能源的可持續(xù)性和清潔性,不走先污染后治理的路,因此人類科學(xué)家斷言:未來世界,能源的發(fā)展前景是利用高效清潔可持續(xù)的新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料和化石能源。因此氫能、核能、太陽能、潮汐能、水能等高效清潔可持續(xù)的能源越來越得到人類科學(xué)家以及各個國家領(lǐng)導(dǎo)人的廣泛重視,新能源在為世界提供能源動力、促進未來世界能源結(jié)構(gòu)整形變化的過程以及社會經(jīng)濟占比中,將會扮演越來越關(guān)鍵的角色。因此,現(xiàn)在目前世界各國都在致力于開發(fā)核能等新型能源,而氫能由于其能量比值高,清潔等特點已經(jīng)被認為是近代最有可能廣泛應(yīng)用的能源之一。而目前轉(zhuǎn)換氫能的工業(yè)裝置,各國科學(xué)家和研究人員最看好的就是氫燃料電池。氫能燃料電池具有體積小、燃燒氫能比能量密度高、氫能利用效率好、清潔無二次污染等優(yōu)勢,這些以上的優(yōu)點使其成為了最完美的氫能轉(zhuǎn)化裝置。而在目前的燃料電池的大家庭中,以聚合膜為核心的聚合膜燃料電池的研究成為了各國科學(xué)家的研究焦點。目前各國科學(xué)家對于堿性膜的研究焦點主要在于:將季銨、季鱗、咪唑等陰離子傳導(dǎo)基團通過化學(xué)物理的方法接枝到一種在堿性的工作環(huán)境下具有較好的物理化學(xué)性能的聚合物骨架上,再通過一系列的改性手段,使得膜的性能提升,利用流延法成膜,得到了適合目前工業(yè)和生活應(yīng)用的陰離子交換膜。這樣的合成手段無疑是高效低成本的,但是這種傳統(tǒng)思路主要存在的問題是AEM的機械性能、堿穩(wěn)定性以及離子傳導(dǎo)率較差。本文主要就陰離子交換膜目前存在的離子傳導(dǎo)率不足,堿穩(wěn)定性弱等方面的不足,有針對性的設(shè)計出一些解決的想法:1.聚苯醚基DABCO陰離子交換膜的制備與研究利用1,4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷(DABCO)作為主體,以對二氯芐為鏈節(jié)制備得到DABCO交聯(lián)劑,并在傳統(tǒng)的聚苯醚-三甲胺(BPPO-TMA)堿性膜內(nèi)引入這種交聯(lián)劑減低在高溫時堿性膜的溶脹,讓其在膜內(nèi)起到固定聚合物結(jié)構(gòu)的作用并且完成扮演傳導(dǎo)氫氧根離子的角色。通過對比引入交聯(lián)劑前后的堿性膜,可以看到膜的機械性能、堿穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)率有了明顯的提升。2.聚苯醚基DABCO納米二氧化鈦-離子液體復(fù)合膜的制備針對聚苯醚基DABCO陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)率不能滿足實際應(yīng)用的需求,我們通過將含有咪唑基團的游離離子液體添加進入交聯(lián)膜的溶液中,利用離子液體良好的溶解性溶解在膜中,形成活性自由移動的傳導(dǎo)基團,利用離子液體中帶有正電荷的咪唑環(huán)部分和氫氧根離子之間的靜電吸引作用,起到提高膜的傳導(dǎo)率的作用。離子液體引入后,填補了膜內(nèi)原有的三甲胺傳導(dǎo)基團的空白,使得膜內(nèi)傳導(dǎo)位點變多,氫氧根離子從而可以在堿性膜內(nèi)更加順暢的通過,具有更快的傳導(dǎo)速度,實現(xiàn)傳導(dǎo)基團和游離基團的交替跳躍傳導(dǎo),實現(xiàn)離子傳導(dǎo)率的根本性提高。3.聚苯醚基DABCO納米二氧化鋯-離子液體復(fù)合膜的制備在上述實驗的基礎(chǔ)上,選擇離子半徑更大的二氧化鋯顆粒,加強納米二氧化鋯與游離離子液體之間的靜電吸引作用,提高離子液體的固定效率。綜合考慮陰離子交換膜的機械性能和化學(xué)性能可以發(fā)現(xiàn),納米二氧化鋯摻入后堿性膜的熱穩(wěn)定性能更好,離子傳導(dǎo)率較摻雜二氧化鈦的陰離子交換膜略有提升。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ425.236;TM911.4
【圖文】：

劑的作用生成可以直接供給設(shè)備使用的電能。這個過程涉及的是燃料和助燃劑中舊化逡逑學(xué)鍵斷裂與水中新化學(xué)鍵形成，將新舊鍵之間的能量差以電力能源的形式輸出燃料電逡逑池裝置。單體燃料電池裝置的結(jié)構(gòu)以及工作運行原理如圖１－１所示１＃１２］：逡逑ＰＥＭＦＣ邐ＡＥＭＦＣ逡逑Ｈ，邐Ａｉｒ邐＾邋Ｓ＾Ａｉｒ邋＊Ｈ２０逡逑Ｈ２邐ＰＥＭ邋Ａｉｒ邋＋邋Ｈ２０邋Ｈ２邋＋邋Ｈ２０邋ＡＥＭ邐Ａｉｒ逡逑ＭＶ，－邐ＴＯＴ．？，邐邐邐邐逡逑？邋Ｈ．邐ｊ邋“邋我邐蠕邋ＯＨ逡逑ａ邐ｓ0／逡逑Ｖ邐－邐—／逡逑圖１－１燃料電池裝置的機構(gòu)以及工作運行原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｆｕｅｌ邋Ｃｅｌｌｓ逡逑如上圖原理所示，質(zhì)子交換膜燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為兩個反應(yīng)區(qū)域，中間逡逑２逡逑

一目前熱點研究的離子傳導(dǎo)墓團F龜.I-2Popularion}ondixKinggroups

【參考文獻】

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1 衣寶廉,韓明,張恩浚,曲天錫,邵志剛,林治銀,孫德堯,張海峰,劉浩;千瓦級質(zhì)子交換膜燃料電池[J];電源技術(shù);1999年02期

本文編號：2738768