由于化石能源的過度開發(fā)與利用,造成的能源短缺與環(huán)境污染問題已經(jīng)成為制約人類社會(huì)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)�？稍偕茉矗淠�、太陽能、風(fēng)能等）的開發(fā)與高效利用已經(jīng)成為世界各國在經(jīng)濟(jì)、政治、科研方面競(jìng)爭(zhēng)與合作的主題。其中,氫能由于環(huán)保、來源廣泛、利用形式多樣、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)被視為人類未來最理想的可再生能源。其中,氫能的開發(fā)與利用主要依賴于燃料電池（Fuelcells）技術(shù)的發(fā)展,被普遍認(rèn)為是氫能最佳的能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存裝置。近年來,氫能聚合物膜燃料電池由于高效,環(huán)保,可快速低溫啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注與發(fā)展,并被成功開發(fā)應(yīng)用于新能源汽車等國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)。傳統(tǒng)的聚合物膜燃料電池主要以質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）為主。然而PEMFC在酸性條件下工作,對(duì)貴金屬鉑的依賴性過強(qiáng)。此外,PEMFC所使用的全氟磺酸膜（Nafion）價(jià)格也較為昂貴。因此,PEMFC的高成本問題始終難以克服,從而大大制約了 PEMFC的商業(yè)化推廣。在本文的研究中,我們基于全新的,可使用非貴金屬催化劑的堿性膜燃料電池（AMFC）,從本質(zhì)上降低了燃料電池的成本。AMFC在堿性條件下工作,可允許Fe,Co,Ni等廉價(jià)的金屬作為催化劑,具... 

【文章頁數(shù)】：190 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
本論文主要?jiǎng)?chuàng)新工作
摘要
ABSTRACT
符號(hào)說明
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 燃料電池技術(shù)
        1.2.1 燃料電池工作原理
        1.2.2 燃料電池分類
    1.3 AMFC與堿性膜
    1.4 堿性膜的發(fā)展
        1.4.1 聚合物骨架
        1.4.2 季銨陽離子與咪唑陽離子
        1.4.3 季鏻陽離子與叔锍陽離子
        1.4.4 有機(jī)-金屬陽離子
    1.5 AEM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能提升策略
        1.5.1 陽離子遠(yuǎn)程接枝型
        1.5.2 陽離子簇型
        1.5.3 陽離子串型
        1.5.4 嵌段共聚型
        1.5.5 交聯(lián)型堿性膜
        1.5.6 有機(jī)-無機(jī)雜化膜
    1.6 小結(jié)
    1.7 AEM研發(fā)面臨的挑戰(zhàn)
    1.8 研究思路與文章結(jié)構(gòu)
第二章 實(shí)驗(yàn)材料與表征方法學(xué)
    2.1 試劑與儀器
    2.2 表征與測(cè)試方法
        2.2.1 核磁(NMR)
        2.2.2 紅外(FTIR)
        2.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.2.4 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.5 原子力子顯微鏡(AFM)
        2.2.6 小角X射線散射(SAXS)
        2.2.7 熱重分析(TGA)
        2.2.8 機(jī)械性能測(cè)試
        2.2.9 凝膠滲透色譜(GPC)
        2.2.10 溶脹(Sr)、水吸收(Wu)、離子交換容量(IEC)、水合數(shù)(λ)
        2.2.11 離子傳導(dǎo)率
        2.2.12 耐堿性測(cè)試
        2.2.13 單電池性能測(cè)試
第三章 新型二茂鈷陽離子-聚苯并咪唑陰離子交換膜
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 二茂鈷-六氟磷酸鹽(Cp_2Co~+PF_6~-)的合成
        3.2.2 1,1'-二甲基二茂鈷六氟磷酸鹽(DMCp_2Co~+PF_6~-)的合成
        3.2.3 1,1’-二羧基二茂鈷六氟磷酸鹽(DCCp_2Co~+PF_6~-)的合成
        3.2.4 聚[2,2'-(1,1'-二茂鈷陽離子)-5,5,-二(N-甲基二苯并咪唑)]鹽(MCp_2Co~+OH~--PBI)的合成
        3.2.5 聚[2,2'-(1,1'-二茂鈷陽離子)-2,-(1,1'-丁基)-5,5'-二(N-甲基二苯并咪唑)]碳酸氫鹽(MCp_2Co~+OH~--B-PBI)的合成
        3.2.6 聚[2,2'-(1,1’-二茂鈷陽離子)-2,-(對(duì)亞苯基)-5,5’-二(N-甲基二苯并咪唑)]碳酸氫鹽(MCp_2Co~+OH~--PP-PBI)的合成
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 陽離子耐堿性研究
        3.3.2 聚合物結(jié)構(gòu)與形貌表征
        3.3.3 IEC、水吸收、溶脹、力學(xué)性能
        3.3.4 熱穩(wěn)定性
        3.3.5 離子傳導(dǎo)率
        3.3.6 耐堿性
    3.4 本章小結(jié)
    3.5 本章主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
第四章 氮雜螺環(huán)陽離子負(fù)載型聚苯醚堿性膜
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 3-(3-(4-哌啶基)丙基)-6-氮雜螺[5.5]十一烷(P-ASU)的合成
        4.2.2 ASU-PPO的合成
        4.2.3 ASU-TC-PPO的合成
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 P-ASU,ASU-PPO,與ASU-TC-PPO的合成與設(shè)計(jì)思路
        4.3.2 P-ASU耐堿壽命測(cè)試
        4.3.3 IEC,Wu,Sr的關(guān)系
        4.3.4 膜形貌,相結(jié)構(gòu)與離子傳導(dǎo)率的關(guān)系
        4.3.5 熱穩(wěn)定性與機(jī)械性能
        4.3.6 耐堿性
        4.3.7 AMFC性能測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
    4.5 本章主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
第五章 氮雜環(huán)陽離子交聯(lián)型-聚苯醚/聚聯(lián)苯堿性膜
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 聚(二聯(lián)苯-N-甲基哌啶)(m-PBP)的合成
        5.2.2 聚(二聯(lián)苯-N,N-二甲基哌啶鹽)碘化物(dm-PBP)的合成
        5.2.3 交聯(lián)型PBP-ASU-PPO的合成
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 PBP膜的開發(fā)與性能研究
        5.3.2 IEC,水吸收,溶脹度
        5.3.3 熱性能和機(jī)械性能
        5.3.4 膜形貌與離子傳導(dǎo)率
        5.3.5 耐堿壽命
        5.3.6 單電池性能
    5.4 本章小結(jié)
    5.5 本章主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    長壽命AEM膜總結(jié)與展望
第六章 離子液體改性-二氧化硅/聚苯醚復(fù)合膜
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 IL-SiO_2的合成
        6.2.2 QAPPO膜的合成
        6.2.3 QAPPO/IL-SiO_2復(fù)合膜的合成
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 IEC與溶脹的變化規(guī)律
        6.3.2 離子傳導(dǎo)率與機(jī)械性能的提升規(guī)律
        6.3.3 熱穩(wěn)定性與保水能力
        6.3.4 單電池性能測(cè)試
        6.3.5 抗毒化性能測(cè)試
    6.4 本章小結(jié)
    6.5 本章創(chuàng)新點(diǎn)
第七章 “三明治”結(jié)構(gòu)改性二氧化硅-聚苯醚復(fù)合膜
    7.1 引言
    7.2 實(shí)驗(yàn)部分
        7.2.1 1,2-二甲基咪唑改性SiO_2 (Im-SiO_2)的合成
        7.2.2 TA-PPO的合成
        7.2.3 “三明治”結(jié)構(gòu)Im-SiO_2/TA-PPO復(fù)合膜的制備
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合膜的設(shè)計(jì)思路與結(jié)構(gòu)表征
        7.3.2 三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合膜IEC,Wu,Sr的變化規(guī)律
        7.3.3 離子傳導(dǎo)率變化規(guī)律
        7.3.4 機(jī)械性能與熱穩(wěn)定性
        7.3.5 化學(xué)穩(wěn)定性
    7.4 本文工作小結(jié)
    7.5 本章主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
第八章 多孔“三明治”結(jié)構(gòu)改性水滑石/聚苯醚復(fù)合膜
    8.1 引言
    8.2 實(shí)驗(yàn)部分
        8.2.1 改性LDH(QA-LDH)的合成
        8.2.2 TC-PPO的合成
        8.2.3 多孔三明治結(jié)構(gòu)QA-LDH/TC-PPO復(fù)合膜的制備
    8.3 結(jié)果與討論
        8.3.1 多孔三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)表征與設(shè)計(jì)思路
        8.3.2 IEC,Wu,Sr的變化規(guī)律
        8.3.3 “三明治”結(jié)構(gòu)復(fù)合膜的界面穩(wěn)定性
        8.3.4 離子傳導(dǎo)率測(cè)試
        8.3.5 機(jī)械性能與熱穩(wěn)定性測(cè)試
        8.3.6 耐堿性測(cè)試
        8.3.7 單電池性能測(cè)試
    8.4 本章小結(jié)
    8.5 本章主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
本文工作總結(jié)
本文創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
致謝
博士期間發(fā)表研究論文與取得的科研成果
作者與導(dǎo)師簡介
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ion exchange membranes from poly（2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide） and related applications[J]. Jiahui Zhou,Peipei Zuo,Yahua Liu,Zhengjin Yang,Tongwen Xu.  Science China（Chemistry）. 2018(09)



本文編號(hào)：3711414