本文關(guān)鍵詞：新型交聯(lián)質(zhì)子交換膜的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)可以有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置,并且因為燃料的利用效率高,啟動速度快以及無污染等優(yōu)點被評選為替代能源行業(yè)的領(lǐng)先候選人。而其中被稱作為PEMFC的“心臟”的質(zhì)子交換膜(PEM)的性能直接決定著PEMFC的應(yīng)用�，F(xiàn)如今廣市場上廣泛使用的是DuPont公司的Nafion膜,此類膜具有優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及良好的化學穩(wěn)定性,但令人遺憾的的是其制作成本的昂貴,甲醇滲透嚴重以及在高溫條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率明顯下降。因此,眾多科研工作者的眼光就投注在開發(fā)一種綜合性能優(yōu)異的PEM材料上。其中磺化聚芳醚酮砜類膜材料被列為最有前途的新型膜材料之一,由于其優(yōu)良的機械性能和熱穩(wěn)定性,以及與Nafion膜相比低廉的成本。但是此類膜受到磺化度的影響較大,當磺化度較高時溶脹率將會提高而降低機械性能進而影響PEMFC的使用壽命。因此,需要對這類膜材料進行改性從而得到綜合性能均佳的材料。本文首先利用親和縮聚反應(yīng)制備了含氨基和羧基的磺化聚芳醚酮砜(Am-C-SPAEKS)交聯(lián)膜,將羧基和氨基引入到了同一分子鏈上,TEM照片顯示交聯(lián)膜形成了連續(xù)的質(zhì)子傳輸通道,提高了膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率,并且通過官能團之間的交聯(lián)作用來降低膜的甲醇滲透系數(shù)。通過測試發(fā)現(xiàn)該膜顯示出良好的機械性能以及尺寸穩(wěn)定性。Am-C-SPAEKS-30膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.088 S cm-1,這與相同條件下Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率類似。而在25°C下Am-C-SPAEKS-30膜的甲醇滲透系數(shù)僅為1.56×10-7 cm2 s-1,這要比Nafion?117膜低了一個數(shù)量級。為了彌補膜在中高溫條件下的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及阻醇能力的降低,我們利用溶膠-凝膠的方法將二氧化硅引入到了含羧基磺化聚芳醚酮砜(C-SPAEKS)中。通過交聯(lián)劑的引入就像一個“橋梁”連接了主鏈C-SPAEKS相和SiO_2相,制備出了C-SPAEKS/K-SiO_2交聯(lián)雜化膜。通過測試發(fā)現(xiàn)該膜具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性以及質(zhì)子傳導(dǎo)率。在120°C下C-SPAEKS/K-SiO_2-8的質(zhì)子傳導(dǎo)率為0.110 S cm-1,這要比相同條件下Nafion?的0.028 S cm-1高很多。而在25°C下C-SPAEKS/K-SiO_2-8的甲醇滲透系數(shù)為3.86×10-7 cm2 s-1,明顯低于Nafion?117膜的29.4′10-7 cm2 s-1。
【關(guān)鍵詞】：交聯(lián) 羧基 SiO_2 PEM 燃料電池
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 燃料電池的概況9-12
• 1.2.1 燃料電池的組成及工作原理9-11
• 1.2.2 燃料電池的分類11-12
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池12-13
• 1.3.1 氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池12
• 1.3.2 直接甲醇燃料電池(DMFC)12-13
• 1.4 質(zhì)子交換膜13-18
• 1.4.1 全氟磺酸型質(zhì)子交換膜13-15
• 1.4.2 非氟磺酸型質(zhì)子交換膜15-18
• 1.5 質(zhì)子交換膜改性方法18-20
• 1.5.1 酸堿復(fù)合18
• 1.5.2 交聯(lián)改性18-19
• 1.5.3 有機-無機復(fù)合19-20
• 1.6 質(zhì)子傳輸機理20
• 1.7 本文設(shè)計思想20-22
• 第二章 實驗部分22-26
• 2.1 實驗原料與試劑22
• 2.2 實驗儀器22-24
• 2.2.1 紅外光譜(FT-IR)22-23
• 2.2.2 核磁共振(1H-NMR)23
• 2.2.3 熱失重分析儀(TGA)23
• 2.2.4 透射電子顯微鏡(TEM)23
• 2.2.5 掃描電子顯微鏡(SEM)23
• 2.2.6 X射線小角衍射(SAXS)23
• 2.2.7 機械性能23
• 2.2.8 交流阻抗能譜23-24
• 2.2.9 氣象色譜24
• 2.3 膜的性能表征24-26
• 2.3.1 吸水率和溶脹率24
• 2.3.2 膜的脫附系數(shù)24
• 2.3.3 離子交換容量（IEC）24-25
• 2.3.4 膜的氧化穩(wěn)定性25-26
• 第三章 在同一分子鏈上引入交聯(lián)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)膜的制備與性能研究26-41
• 3.1 引言26
• 3.2 4-酯基苯基對苯二酚單體的制備（4E-PH）26
• 3.3 含氨基和酯基的磺化聚芳醚酮砜聚合物（AM-E-SPAEKS）的制備26-27
• 3.4 含氨基和羧基的磺化聚芳醚酮砜聚合物（AM-C-SPAEKS）的制備27-29
• 3.5 交聯(lián)膜的制備29
• 3.6 膜的結(jié)構(gòu)表征29-31
• 3.7 膜的熱穩(wěn)定性31-32
• 3.8 膜的IEC、吸水率和溶脹率32-34
• 3.9 膜的保水能力34-35
• 3.10 機械性能和氧化穩(wěn)定性35-36
• 3.11 膜的微觀形態(tài)36-38
• 3.12 膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率38-40
• 3.13 膜的甲醇滲透系數(shù)40
• 3.14 本章小結(jié)40-41
• 第四章 中高溫下有機-無機交聯(lián)雜化膜的制備與性能研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 C-SPAEKS聚合物的制備41
• 4.3 C-SPAEKS/K-SiO_2交聯(lián)雜化膜和C-SPAEKS/SiO_2雜化膜的制備41-44
• 4.4 膜的結(jié)構(gòu)表征44-45
• 4.5 膜的熱穩(wěn)定性45
• 4.6 吸水率、溶脹率和保水能力45-47
• 4.7 微觀形態(tài)47-50
• 4.8 機械性能50-51
• 4.9 氧化穩(wěn)定性51
• 4.10 質(zhì)子傳導(dǎo)率51-52
• 4.11 甲醇滲透系數(shù)52-53
• 4.12 本章小結(jié)53-54
• 第五章 結(jié)論54-55
• 致謝55-56
• 參考文獻56-63
• 作者簡介63
• 攻讀碩士學位期間研究成果63

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