本文關(guān)鍵詞：納米顆粒摻雜提高聚砜基陰離子交換膜傳導(dǎo)率

  更多相關(guān)文章： 納米復(fù)合膜 SiO_2 Al_2O_3 堿性陰離子交換膜 聚砜

【摘要】：堿性陰離子交換膜燃料電池獨特的堿性環(huán)境降低了燃料的過電位,和電解質(zhì)對催化劑的腐蝕,受到廣泛的關(guān)注。堿性陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件之一,其較低的傳導(dǎo)率嚴重制約著堿性陰離子交換膜燃料電池商業(yè)化的使用。本論提出在功能化的聚砜膜中添加表面富含正電基團的納米顆粒,通過納米顆粒表面的高離子濃度,促進膜內(nèi)微相分離,誘導(dǎo)親水通道的形成,提高膜的離子傳導(dǎo)率。設(shè)計合成多種表面富含正電性基團的納米顆粒,并將納米顆粒與功能化的聚砜混合,制備復(fù)合膜。論文首先合成表面富含三乙烯二胺季銨鹽的Si02納米顆粒(SiO2-Da),并與三乙烯二胺季銨化的聚砜(PSf-Da)進行混合,制備復(fù)合膜。隨著添加的SiO2-Da質(zhì)量百分比自0%增至20%,復(fù)合膜PSf-Da/SiO2-Da的離子交換容量(IEC)輕微下降,但是其傳導(dǎo)率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,在添加量為12、wt.%時傳導(dǎo)率最高,推測原因為SiO2-Da促進膜內(nèi)微相分離,并且自身的高局部離子濃度輔助構(gòu)造離子通道,提高傳導(dǎo)率。將復(fù)合膜浸泡在熱堿溶液中,傳導(dǎo)率迅速下降,24h后與未添加納米顆粒的聚砜膜傳導(dǎo)率相當,這是因為Si02在熱堿中分解,證明傳導(dǎo)率的提高歸因于SiO2-Da的添加。但受限于原膜PSf-Da較低的傳導(dǎo)率和較高的吸水溶脹,復(fù)合膜總體傳導(dǎo)率不高,吸水溶脹較大。為了提高復(fù)合膜傳導(dǎo)率等性能,使用1,2-二甲基咪唑作為正離子基團改性Si02,得到咪唑功能化納米顆粒SiO2-Im,并與咪唑功能化的聚砜(PSf-Im)混合,制備復(fù)合膜。同樣的,復(fù)合膜PSf-Im/SiO2-Im隨著添加的SiO2-Im質(zhì)量百分比自0%升至20%,IEC輕微下降,傳導(dǎo)率在12、wt.%時達到最高,與復(fù)合膜PSf-Da/SiO2-Da表現(xiàn)出相同的變化趨勢。在相同取代度下,與PSf-Da/SiO2-Da復(fù)合膜相比,復(fù)合膜PSf-Im/SiO2-Im傳導(dǎo)率更高,吸水溶脹更低。但是堿性陰離子交換膜燃料電池的使用環(huán)境為堿性條件,納米顆粒的熱堿穩(wěn)定性有待提高。為提高納米顆粒堿穩(wěn)定性,制備表面富含咪唑的α-Al2O3納米顆粒(Al2O3-Im) 。與PSf-Im混合,制備復(fù)合膜。測試數(shù)據(jù)顯示,復(fù)合膜PSf-Im/Al2O3-Im在12wt.%時傳導(dǎo)率達到最高。將復(fù)合膜置于1MKOH溶液中,60℃恒溫30h,復(fù)合膜離子傳導(dǎo)率自40 mS cm-1降至35 mS cm-1并趨于平衡,顯示出較高的熱堿穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：納米復(fù)合膜 SiO_2 Al_2O_3 堿性陰離子交換膜 聚砜
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ425.236;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文獻綜述11-26
• 1.1 堿性陰離子交換膜燃料電池11-13
• 1.1.1 堿性陰離子交換膜燃料電池概述11
• 1.1.2 堿性陰離子交換膜燃料電池工作原理11-13
• 1.2 堿性陰離子交換膜13-16
• 1.2.1 堿性陰離子交換膜概述13-14
• 1.2.2 堿性陰離子交換膜傳導(dǎo)機理14-15
• 1.2.3 堿性陰離子交換膜的主要問題15-16
• 1.3 堿性陰離子交換膜研究進展16-24
• 1.3.1 堿性陰離子交換膜分類16-19
• 1.3.2 影響膜傳導(dǎo)率的主要因素19-20
• 1.3.3 膜內(nèi)傳導(dǎo)基團研究進展20-23
• 1.3.4 膜內(nèi)結(jié)構(gòu)研究進展23-24
• 1.4 論文立題依據(jù)及研究內(nèi)容24-26
• 2 PSf-Da/SiO_2-Da膜的制備與性能26-40
• 2.1 實驗部分26-30
• 2.1.1 實驗藥品26
• 2.1.2 氯甲基化聚砜的制備26-27
• 2.1.3 SiO_2-Da納米顆粒的合成27
• 2.1.4 PSf-Da/SiO_2-Da膜的制備27
• 2.1.5 表征方法與性能測定27-30
• 2.2 PSf-Da/SiO_2-Da膜的性能30-39
• 2.2.1 CMPSf和PSf-Im的核磁結(jié)構(gòu)30
• 2.2.2 PSf-Da/SiO_2-Da膜與SiO_2-Da納米顆粒形貌測定30-32
• 2.2.3 PSf-Da/SiO_2-Da膜的離子交換容量32
• 2.2.4 PSf-Da/SiO_2-Da膜的氫氧根傳導(dǎo)率32-34
• 2.2.5 PSf-Da/SiO_2-Da膜的吸水率與溶脹度34-37
• 2.2.6 PSf-Da/SiO_2-Da膜的堿穩(wěn)定性測試37-38
• 2.2.7 PSf-Da/SiO_2-Da膜的熱穩(wěn)定性測試38-39
• 2.3 本章小結(jié)39-40
• 3 PS-Im/SiO_2-Im膜的制備與性能40-53
• 3.1 實驗40-41
• 3.1.1 實驗藥品40
• 3.1.2 氯甲基化聚砜的制備40
• 3.1.3 SiO_2-Im納米顆粒的合成40-41
• 3.1.4 PSf-Im/SiO_2-Im膜的制備41
• 3.1.5 表征方法與性能測定41
• 3.2 PSf-Im/SiO_2-Im膜的性能41-51
• 3.2.1 CMPSf和PSf-Im的核磁結(jié)構(gòu)41-42
• 3.2.2 PSf-Im/SiO_2-Im膜與SiO_2-Im納米顆粒形貌測定42-44
• 3.2.3 PSf-Im/SiO_2-Im膜的離子交換容量44
• 3.2.4 PSf-Im/SiO_2-Im膜的氫氧根傳導(dǎo)率44-47
• 3.2.5 PSf-Im/SiO_2-Im膜的吸水率與溶脹度47-50
• 3.2.6 PSf-Im/SiO_2-Im膜的堿穩(wěn)定性測試50-51
• 3.2.7 PSf-Im/SiO_2-Im膜的熱穩(wěn)定性測試51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 4 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的制備53-63
• 4.1 實驗53-54
• 4.1.1 實驗藥品53
• 4.1.2 氯甲基化聚砜的制備53
• 4.1.3 Al_2O_3-Im納米顆粒的合成53-54
• 4.1.4 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的制備54
• 4.1.5 表征方法與性能測定54
• 4.2 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的性能54-62
• 4.2.1 CMPSf與PSf-Im的核磁結(jié)構(gòu)54
• 4.2.2 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜與Al_2O_3-Im納米顆粒形貌測定54-55
• 4.2.3 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的離子交換容量55-56
• 4.2.4 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的氫氧根傳導(dǎo)率56-57
• 4.2.5 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的吸水率與溶脹度57-60
• 4.2.6 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的堿穩(wěn)定性測試60-61
• 4.2.7 PSf-Im/Al_2O_3-Im膜的熱穩(wěn)定性測試61-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況70-71
• 致謝71-72

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9 張t，

本文編號：545411