陰離子交換膜燃料電池由于相對質(zhì)子交換膜燃料電池可以使用非貴金屬催化劑,近幾年受到了廣泛的關(guān)注,其作為汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置極具潛力。陰離子交換膜（AEM）作為其中的關(guān)鍵組成部分,它的性能一定程度上決定了燃料電池的性能,但是目前尚未出現(xiàn)如質(zhì)子交換膜中,綜合性能優(yōu)異的全氟磺酸膜。迄今為止大部分的研究都旨在通過提高膜的離子交換容量來提高膜的離子導(dǎo)電率,卻容易發(fā)生溶脹,犧牲了膜的尺寸穩(wěn)定性。交聯(lián)結(jié)構(gòu)是平衡離子電導(dǎo)率和具有高離子交換容量的AEM水溶脹的常用方法,但所得的AEM材料的耐堿穩(wěn)定性仍有待提升。因此急需開發(fā)一種具有高導(dǎo)電性、耐堿和耐溶脹的高穩(wěn)定性陰離子交換膜材料。本文選取商業(yè)化的聚苯醚為主鏈,交聯(lián)接枝上雙咪唑鎓離子液體,通過調(diào)控雙咪唑鎓上的甲基取代基數(shù)目和主鏈與咪唑鎓離子之間的烷基鏈間隔,得到2個系列共6例交聯(lián)型離子聚合物PPO-IM-n和PPO-6C-IM-n,（n=0,1,2,為咪唑環(huán)上甲基的個數(shù);6C表示主鏈和咪唑陽離子間連著6個碳的烷基鏈,無6C則是亞甲基連接主鏈和咪唑陽離子）。結(jié)果表明,甲基在C2位置上的PPO-IM-1具有最好的氫氧根電導(dǎo)率,在80℃下可達(dá)到115 mS/cm,性... 

【文章來源】：福建師范大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖0-6季胺型聚醚砜制備過程

福建師范大學(xué)碩士學(xué)位論文-10-mol/L和10mol/L的KOH溶液中400h，膜的電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度基本沒有損失。隨后，大量的咪唑型AEM被報(bào)道[53-55]。這些AEM由于存在p-π共軛的咪唑環(huán)，減少了SN2取代和霍夫曼消除反應(yīng)，所以都顯示出足夠的堿穩(wěn)定性。然而，與QA型AEM類似，如何提高咪唑型陰離子交換膜的堿穩(wěn)定性仍然是一個挑戰(zhàn)。圖0-10基于離子液體的陰離子交換膜制備過程Fig.0-10ThePreparationofAlkalineIonicLiquid(IL)-BasedAnionExchangeMembranes隨后研究者們針對咪唑鹽的堿性穩(wěn)定性做了一系列的研究工作。Elabd等人[56]通過核磁表征發(fā)現(xiàn)咪唑型AEMS在低溫低濕度下（30℃，10%RH），高溫高濕度（80℃,蒸餾水）下以及溫和的堿性條件下（25℃,[KOH]＜1mol/L）都是穩(wěn)定的，但在高溫低濕度下（80℃,10%RH）或高堿性濃度下（25℃,[KOH]＞1mol/L）是不穩(wěn)定的。1HNMR譜圖的結(jié)果表明，咪唑陽離子的降解主要是由于咪唑環(huán)C2位被OH–進(jìn)攻導(dǎo)致咪唑環(huán)開環(huán)（圖0-11）。因此，咪唑鎓陽離子的堿穩(wěn)定性仍然需要在更加苛刻的條件下得到改善。圖0-11聚1-[(2-甲基丙烯酰氧基)乙基]-3-丁基咪唑氫氧化物的開環(huán)降解Fig.0-11Thering-openingreactionofpoly{1-[(2-methacryloyloxy)ethyl]-3-butylimidazoliumhydroxide}

緒論-11-由于咪唑環(huán)C2、N3、C4、C5均連接有氫原子，可以被不同基團(tuán)取代，所以很多研究工作圍繞著咪唑鎓陽離子耐堿穩(wěn)定性及其降解機(jī)理而展開，現(xiàn)已取得一定進(jìn)展。Yan研究小組[57-58]通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算系統(tǒng)的研究了C2取代（甲基，異丙基或苯基）和N3取代基（包括甲基，乙基，異丙基丁基，庚基，辛基，苯基和二苯基甲基）對咪唑陽離子和咪唑基AEM的堿穩(wěn)定性的影響。在C2取代基的研究上，結(jié)果表明C2取代的咪唑陽離子相比未取代的咪唑陽離子的堿穩(wěn)定性在高溫下顯著增強(qiáng)，堿穩(wěn)定性順序?yàn)椋篬EDMIm][Br]>[EIMIm][Br]>[EIMIm][Br]>[EMPhIm][Br]，用甲基取代的咪唑陽離子由于甲基與咪唑環(huán)之間的s-p超共軛作用和空間位阻效應(yīng)具有最高的堿穩(wěn)定性。圖0-12C2未取代和C2取代的咪唑鎓鹽Fig.0-12StructureofC2-UnsubstitutedandC2-SubstitutedImidazoliumSalts圖0-13N3位不同基團(tuán)取代的咪唑陽離子Fig.0-13StructureofdifferentN3-SubstitutedImidazoliumcation在N3取代基的研究中，他們發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的咪唑陽離子相比，N3取代的咪唑陽離子具有更高的堿穩(wěn)定性，其中，N3位被異丙基取代的陽離子具有最高的堿穩(wěn)定性。隨后用二乙烯基苯作為交聯(lián)劑，通過陽離子基單體與苯乙烯和丙烯腈的光交聯(lián)制備AEM，發(fā)現(xiàn)N3取代的AEM具有和季胺型陰離子交換膜相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率（室溫下大


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