【摘要】：近年來(lái),堿性燃料電池(AFC)的發(fā)展受到了廣泛關(guān)注。一方面是因?yàn)榉琴F金屬銀和鎳等可用作AFC的催化劑,使燃料電池裝置的成本降低。另一方面是因?yàn)镺H-傳遞方向與燃料的滲透方向相反,降低了燃料的滲透率。其中陰離子交換膜(AEM)作為AFC中重要組成部分而被廣泛研究。AEM主要由兩部分構(gòu)成:功能基團(tuán)和高分子主鏈。在AEM中的功能基團(tuán)均為陽(yáng)離子基團(tuán),如季銨,咪唑,胍和擕等基團(tuán)。其中季銨基團(tuán)和咪唑基團(tuán)是最常用的陽(yáng)離子基團(tuán)。研究人員研究發(fā)現(xiàn),咪唑基團(tuán)接枝型AEM比季銨基團(tuán)接枝型AEM具有更好的綜合性能。但是,由于咪唑基團(tuán)具有強(qiáng)的親水性,當(dāng)咪唑基團(tuán)在膜中含量過(guò)高時(shí),膜會(huì)過(guò)度膨脹,從而降低膜的尺寸穩(wěn)定性。為了解決這個(gè)問(wèn)題我們做了一系列的研究。首先,我們采用的聚合物主鏈?zhǔn)蔷勖衙淹?PEEK)。并且引入了一種帶有雙鍵的咪唑基團(tuán):1-乙烯基咪唑。制備了兩種不同的AEM:交聯(lián)膜(CIM-PEEK)和不交聯(lián)的膜(NCIM-PEEK),并對(duì)兩種膜進(jìn)行了性能測(cè)試分析。分析結(jié)果表明,CIM-PEEK膜具有很低的溶脹率,較好的耐堿性。而NCIM-PEEK膜具有更高的離子傳導(dǎo)率和吸水率等,兩種膜均有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。在本研究中,通過(guò)4,4'-二氟苯甲酮和甲基氫醌的縮聚合成一種含甲基側(cè)基的聚醚醚酮(PEEK)共聚物。選擇溴化聚醚醚酮(BPEEK)與功能試劑1-甲基咪唑和1-乙烯基咪唑直接反應(yīng),得到含有不同咪唑基團(tuán)的聚醚醚酮陰離子交換膜。隨著1-乙烯基咪唑含量的增加,80℃時(shí)溶脹率由36.29%降至8.52%。隨著1-甲基咪唑含量的增加,離子電導(dǎo)率從5.15×10-2 Scm-1增加到7.12×10-2 Scm-1,80℃時(shí)吸水率從12.57%增加到17.19%。2M氫氧化鈉溶液在60℃保持500h后初始電導(dǎo)率仍保持在80.15%�？傮w而言,適當(dāng)?shù)慕宦?lián)有利于提高膜的綜合性能。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ425.236;TM911.4
【圖文】：

1.4.1 均相陰離子交換膜均相陰離子交換膜最大的特點(diǎn)就是膜中化學(xué)組成的成分單一，功能基團(tuán)直接連接在聚合物主鏈上，不含有摻混相。均相陰離子交換膜各方面性能都要相對(duì)穩(wěn)定一些，膜內(nèi)陽(yáng)離子基團(tuán)和游離的 OH-相結(jié)合，使膜的整體保持電中性。均相陰離子交換膜制備工藝繁多復(fù)雜，不同的制備方法、聚合物骨架或者陽(yáng)離子基團(tuán)的不同均會(huì)對(duì)膜的性能有很大的影響。根據(jù)用于制備 AEM 的單體的差異，可將膜的制備方法分為以下三種[36]：?jiǎn)误w直接聚合成膜、改性聚合物成膜和基膜改性成膜。（1）單體直接聚合成膜單體直接聚合成膜主要分為以下幾個(gè)步驟：第一步，將一個(gè)或多個(gè)單體通過(guò)聚合的方法制備出高分子聚合物，這個(gè)聚合物可以本身帶有可以傳遞離子的功能基團(tuán)，也可以帶有能夠接枝功能基團(tuán)的反應(yīng)位點(diǎn)，聚合后再接枝功能基團(tuán)。第二步，將制得的聚合物溶解并澆注鋪膜。最后，將制得的膜浸泡到堿性溶液中進(jìn)行堿化處理。常見(jiàn)的單體如苯乙烯，單體通過(guò)聚合形成高分子鏈，再通過(guò)氯甲基化、季銨化和堿化等過(guò)程制備出具有傳導(dǎo) OH-能力的膜。其反應(yīng)過(guò)程如圖 1.8 所示：

于聚乙烯醇（PVA）為主鏈，對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)等改性成膜。Liu QingLi將 (2, 3-環(huán)氧丙基)三甲銨溴化鹽接枝到了 PVA 主鏈上，并加入戊二進(jìn)行交聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)結(jié)構(gòu)的引入使膜的溶脹率得到了很好寸穩(wěn)定性也得到了很好的提高，但是隨著膜內(nèi)部交聯(lián)度的增大，研究子傳導(dǎo)率開(kāi)始降低。多項(xiàng)測(cè)試分析后得出結(jié)論，當(dāng)交聯(lián)度增大后，膜通道就會(huì)變窄，不利于 OH-的傳遞，所以傳導(dǎo)率自然就會(huì)降低。因此交聯(lián)程度，有利于提高膜的綜合性能。于聚苯醚（PPO）為主連，并對(duì)苯環(huán)進(jìn)行氯乙�；男曰蛘咧苯愉寤缓笤僖腙�(yáng)離子基團(tuán)后鋪膜。Xu Tongwen 等[38]研究人員將聚醚酮進(jìn)枝甲基丙烯酸二甲氨乙酯，單體上的雙鍵可以在沒(méi)有交聯(lián)劑和催化劑及以上溫度下自交聯(lián)。其改性成膜過(guò)程如圖 1.9 所示。測(cè)試結(jié)果表明熱穩(wěn)定性的尺寸穩(wěn)定性等，而且交聯(lián)結(jié)構(gòu)的存在也提高了膜的耐堿穩(wěn)密集的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)保護(hù)了季銨基團(tuán)少受 OH-的攻擊。而且在 60℃2/O2燃料電池中的初始功率密度可達(dá)為 42 mW cm-2。

第 1 章 緒 論基膜改性成膜的制備過(guò)程是直接從聚合物開(kāi)始，然后將功能化的單體或者是能夠被功能化的單體接枝到聚合物主鏈上制備成膜。這種方法主要是線性聚合物成膜，例如 PE、PP 和 PVDF 等等。這種制備方法主要應(yīng)用于制備苯乙烯膜，通過(guò)輻射接枝氯化苯乙烯制膜。John R.Varcoe 等[39]研究人員將用電子束輻射過(guò)的基膜浸泡在氯甲基化的苯乙烯溶液中進(jìn)行接枝聚合，將制得的接枝聚合物鋪膜，再將膜泡于三甲銨溶液中進(jìn)行季銨化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將膜泡于 KOH 溶液中制得 AEM。其合成路線如圖 1.10 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2799050