燃料電池因其具有運(yùn)行溫度低,低溫快速啟動(dòng),便于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),因此成為了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。按照工作原理的不同可將燃料電池分為兩大類:質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）和陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）。離子交換膜在燃料電池中起到分隔陰陽(yáng)極室,輔助離子傳導(dǎo),阻隔燃料滲透等作用,是燃料電池中不可或缺的一部分。質(zhì)子交換膜（PEM）由于發(fā)展的較早,因此其技術(shù)相對(duì)比較成熟,具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、較強(qiáng)的耐堿穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì),但由于其膜基質(zhì)中通常含有氟等有毒物質(zhì)和使用價(jià)格昂貴的鉑金屬作為催化劑等缺點(diǎn),因此限制了PEMFCs的進(jìn)一步發(fā)展。而陰離子交換膜（AEM）則因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境為堿性,由此克服了諸多PEM存在的缺點(diǎn),大大降低AEMFCs的制造成本,為燃料電池在世界范圍內(nèi)普及創(chuàng)造了更多的機(jī)會(huì)。然而,目前對(duì)AEM的研究仍處于發(fā)展階段,電導(dǎo)率較低、化學(xué)穩(wěn)定性較差等問(wèn)題仍困擾著眾多學(xué)者,因此如何改善這些問(wèn)題成為了提高AEM性能的關(guān)鍵。本文選用化學(xué)穩(wěn)定性較好的N雜環(huán)類物質(zhì)作為導(dǎo)電基團(tuán),通過(guò)共聚,摻雜,交聯(lián)等方法制備多種AEM,并測(cè)定其各項(xiàng)性能,然后對(duì)其實(shí)用性進(jìn)行評(píng)估。（1）針對(duì)AEM存在的電導(dǎo)率較低,化學(xué)... 

【文章來(lái)源】：遼寧石油化工大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池示意圖

2池系統(tǒng)由多孔陽(yáng)極電極、多孔陰極電極和電解質(zhì)三個(gè)關(guān)鍵部件構(gòu)成。燃料電池中的電解質(zhì)是燃料進(jìn)行氧化還原反應(yīng)場(chǎng)所；陰、陽(yáng)極電極則是供產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所，反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路定向移動(dòng)產(chǎn)生電流。陰陽(yáng)極上氧化還原產(chǎn)生的離子將通過(guò)離子交換膜進(jìn)行傳輸，因此在整個(gè)燃料電池的工作系統(tǒng)中，離子交換膜是至關(guān)重要的。在通常情況下，離子交換膜是由帶電官能團(tuán)和固體聚合物電解質(zhì)構(gòu)成。1.2燃料電池的種類如圖1.2所示，燃料電池可以按其內(nèi)部包含的電解質(zhì)種類不同分為五大類。分別為SOFC、MCFC、PAFC、PEMFC和AEMFC等[9]。圖1.2不同燃料電池的工作原理Fig1.2Workingprincipleofdifferentfuelcell1.2.1固體氧化物燃料電池使用固體氧化物為電解質(zhì)的燃料電池稱為固體氧化物燃料電池（SOFC），其具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）相比于火力發(fā)電，水力發(fā)電等傳統(tǒng)的發(fā)電方式，其能量利用率較高，可高達(dá)80%以上；（2）擁有較小的電極極化作用；（3）不依賴Pt等貴金屬作為電極催化材料，制造成本相對(duì)較低；（4）電池整體的耐腐蝕性較

91.6AEM存在的問(wèn)題到目前為止仍未發(fā)現(xiàn)一種集較好的化學(xué)穩(wěn)定性、較低的醇透過(guò)性、優(yōu)異的導(dǎo)電性、良好的機(jī)械性能于一身的陰離子交換膜，這是由于AEM的各項(xiàng)性能之間是相互制約的[60-61]。例如，如果在聚合物主鏈上過(guò)高的接枝導(dǎo)電基團(tuán)，雖然會(huì)提高復(fù)合膜的離子交換量，從而增強(qiáng)AEM的電導(dǎo)率，但其尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能會(huì)有所下降，過(guò)高的接枝率甚至可以直接使復(fù)合膜溶解在水中；如果接枝率過(guò)低，盡管可以使復(fù)合膜維持一定的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，但又會(huì)使其電化學(xué)性能下降。綜上所述，如何平衡和改善AEM中各性能之間的關(guān)系，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。雖然AEM在過(guò)去幾十年取得了一些進(jìn)展，但仍然存在著如下問(wèn)題：（1）離子電導(dǎo)率低：由于溶液中OH-遷移速率約為H+的1/4，因此AEM中的OH-電導(dǎo)率普遍較PEM低很多，大都維持在10-2和10-3數(shù)量級(jí)之間。（2）耐堿性差：在高溫強(qiáng)堿環(huán)境下，AEM上接枝的正電基團(tuán)極易被降解[62]，這會(huì)使復(fù)合膜中輔助傳導(dǎo)OH-的功能基團(tuán)含量下降，嚴(yán)重影響其電化學(xué)性能，其具體的降解機(jī)理如圖1.3所示。圖1.3季銨基團(tuán)在堿性條件下兩種降解機(jī)理示意圖Fig1.3Degradationmechanismsofquaternaryammoniumgroupsunderalkalineconditions

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]吡咯類堿性離子液體的制備及其在陰離子導(dǎo)電膜中的應(yīng)用[J]. 韓旭,王吉林,王璐璐,呂振波.  現(xiàn)代化工. 2018(06)
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博士論文
[1]燃料電池用陰離子交換膜的制備與性能研究[D]. 熊鷹.廈門(mén)大學(xué) 2009
[2]有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化陰離子交換膜的制備、表征和應(yīng)用[D]. 吳永會(huì).中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009



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