本文選題：燃料電池 + 質(zhì)子交換膜��； 參考：《武漢理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：能源是世界得以運(yùn)行的原動(dòng)力,現(xiàn)如今全球能源需求持續(xù)增加。由于人口的快速增長(zhǎng)、技術(shù)的革新以及機(jī)械技術(shù)的發(fā)明,使得能源消耗殆盡的速度也越來(lái)越快。石油是目前應(yīng)用最為廣泛的燃料,但它是不可再生的。人們對(duì)汽油和柴油的需求持續(xù)增長(zhǎng)使得對(duì)能源的依賴越來(lái)越單一,然而這這種單一的能源總會(huì)有消耗殆盡的一天。另一方面,石油化石燃料的使用也為環(huán)境增加了許多負(fù)擔(dān),如溫室效應(yīng)等。人們意識(shí)到可再生能源、能源多樣性、環(huán)境保護(hù)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要性,所以在全球范圍內(nèi),人們對(duì)可再生能源技術(shù)的投入也越來(lái)越多。如果在廣泛的使用氫氣作為燃料,不僅可以減少對(duì)化石燃料的依賴,還有利于減少溫室氣體的排放。像地?zé)崮堋L(fēng)能、氫能、太陽(yáng)能等替代能源將在滿足人們對(duì)能源需求過(guò)程中起到舉足輕重的作用,這不僅能使我們這一代人受益,還能讓后世子孫受益。氫氣在某種程度上來(lái)說(shuō)是一種很有前途的能量載體,因?yàn)樗梢詮脑S多豐富能源包括化石能源,核能中獲得,并且可再生。使用氫能,尤其是為了運(yùn)輸需求,將使我們能夠用豐富的國(guó)內(nèi)資源使能源供應(yīng)更加多樣化。燃料電池用氫氣來(lái)發(fā)電,副產(chǎn)品只有水和熱。并且,燃料電池不像其他的技術(shù),它能利用沼氣、甲烷、丁烷等來(lái)提供氫能。聚合物電解質(zhì)膜燃料電池被研究用作低功率電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置,它被看做是潛在的能量轉(zhuǎn)換裝置來(lái)替代傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)如內(nèi)燃機(jī)。聚合物電解質(zhì)膜對(duì)燃料電池的整體性能起著至關(guān)重要的作。全氟磺酸膜仍然是使用量最大的質(zhì)子交換膜材料,然而,使用Nafion膜的燃料電池在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題,例如水和熱的管理困難使得Nafion膜的應(yīng)用受到限制。因此研究一種在高達(dá)100℃和低濕度下仍然保持致密、良好的機(jī)械性能和高質(zhì)子電導(dǎo)率的膜用于質(zhì)子交換燃料電池對(duì)研究者來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn)性。最近,100℃以上高溫質(zhì)子交換膜燃料電池被提出來(lái),用來(lái)取代低溫質(zhì)子交換膜燃料電池,可以解決催化劑CO中毒和水淹現(xiàn)象,有助于燃料電池效率的提高。在我的研究工作中,為了解決目前高溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中的技術(shù)難題,我們通過(guò)縮聚和Friedel Crafts親電取代反應(yīng)制備了一種以磺酸基團(tuán)功能化或者以高極性、兩性(酸堿性)和自游離分子(咪唑)功能化的聚砜(PSF)膜材料,并對(duì)性能進(jìn)行了研究。咪唑是一種高極化的化合物,分子結(jié)構(gòu)中既包含質(zhì)子給予體(NH),又包含質(zhì)子受體(N:),最近的研究表明咪唑可以用作高溫?zé)o水溶劑。PSF是一種高性能熱塑性樹(shù)脂,有良好的化學(xué)性能,機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能。最近,這些高分子被頻繁改性并用作高溫燃料電池質(zhì)子導(dǎo)電膜材料,尤其是溫度高于100°C。在兩個(gè)實(shí)例中,官能團(tuán)(離子位點(diǎn))一方面與聚合物骨架相分離,另一方面在支鏈區(qū)域集中。通過(guò)將離子位點(diǎn)與主鏈相隔離,實(shí)驗(yàn)制備的薄膜的疏水與親水區(qū)域的納米相分離將受到影響,反之,也會(huì)為膜提供一種水吸收平衡。實(shí)驗(yàn)中,我們通過(guò)多種技術(shù)來(lái)表征所制備的薄膜。光譜和熱表征是兩項(xiàng)表征材料結(jié)構(gòu)特征功能特性和電池應(yīng)用的重要手段。傅里葉紅外(FTIR)和核磁共振(NMR)將用于表征薄膜的結(jié)構(gòu)和組成特征。其他表征技術(shù)還有:TGA,SEM,AFM,機(jī)械性能等。實(shí)驗(yàn)表明所制備的薄膜不僅表現(xiàn)出了較高的導(dǎo)電性能,還表現(xiàn)出了優(yōu)異的機(jī)械性能。在無(wú)水環(huán)境下,通過(guò)阻抗測(cè)試發(fā)現(xiàn),薄膜的離子導(dǎo)電率在140℃時(shí)達(dá)到7.94 10 3,并且質(zhì)子傳導(dǎo)的活化能為11.6 kJ mol-1。因此,相比于直接磺化芳烴材料,通過(guò)對(duì)這些材料的修飾,使得材料具有質(zhì)子傳導(dǎo)性能和熱穩(wěn)定性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TM911.4
，

本文編號(hào)：2049815