目前,隨著各國對環(huán)境保護(hù)的日益重視,新型清潔能源的開發(fā)受到越來越多的關(guān)注。陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）作為新一代聚電解質(zhì)燃料電池,具有氧氣還原反應(yīng)（ORR）動力學(xué)快、可使用非貴金屬催化劑等突出優(yōu)勢,成為近年來燃料電池領(lǐng)域的研究熱點。作為AEMFC核心部件的陰離子交換膜（AEM）,其電導(dǎo)率不高、耐堿性差、低的尺寸穩(wěn)定性是其面臨的主要問題之一。因此,平衡AEM的離子基元含量、電導(dǎo)率、尺寸穩(wěn)定性的關(guān)系是實現(xiàn)其高性能化的重要途徑。本工作通過將可形成氫鍵非共價相互作用的脲基引入到聚合物側(cè)鏈,控制脲鍵的引入方式及在側(cè)鏈上的位置,構(gòu)筑具有不同結(jié)構(gòu)的AEM,并研究脲基氫鍵相互作用對AEM性能的影響。主要就以下三個方面開展工作:1)考察了脲基在聚苯醚（PPO）側(cè)鏈的鏈接位置對AEM性能的影響。通過PPO側(cè)鏈修飾,分別制備出芐基連接季銨側(cè)鏈、末端懸掛脲鍵的AEM（s U-AEMs）和芐基連接脲基側(cè)鏈、末端懸掛季銨的AEM（b U-AEMs）。通過溶解性和變溫紅外實驗證明了脲基在AEM中均形成了氫鍵交聯(lián)結(jié)構(gòu),且b U-AEMs的氫鍵作用強(qiáng)度要高于s U-AEMs,因而抑制了AEM的過度吸水和溶脹。如b... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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中國2008-2018年石油和天然氣對外依存度（根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)繪制）

合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文2進(jìn)節(jié)能減排，倡導(dǎo)綠色發(fā)展，并且加大對環(huán)境污染治理的投資，圖1.2是2006-2017年中國環(huán)境污染投資總額，從2006年開始，中國在環(huán)境治理上投資的金額增長的較快，在2014年就超過了9500億元，2015年略有降低，后保持著上升的勢頭�？梢钥闯�，一方面中國在環(huán)境保護(hù)上做出了努力，另外一方面，環(huán)境治理的壓力也存在，因此中國經(jīng)濟(jì)必須要堅持走綠色的發(fā)展道路，堅持低碳環(huán)保。圖1.2中國在2006-2017年環(huán)境污染治理上的投資總額（根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)繪制）Fig.1.2ThetotalinvestmentinenvironmentalpollutioncontrolinChinafrom2006to2017year2014年我國將能源問題提到了“革命”的高度。2015年在巴黎氣候大會上，我國承諾在2030年非化石能源消費占一次能源消費比重將會增加到20%。2015年中國出臺的《中國制造2025》中明確提出我國制造業(yè)的工作重點包括開展重大節(jié)能環(huán)保、資源綜合利用、再制造、低碳技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范；推進(jìn)節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展。調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)，降低能源的依賴，推進(jìn)綠色低碳環(huán)保的能源方式是我國政府工作的重點之一。新能源事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，目前推廣應(yīng)用的新能源主要有風(fēng)能、太陽能等，它們來源廣泛，無污染；但是這些新能源受到場地的限制，不穩(wěn)定、便攜性差。燃料電池（FuelCell）可以直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，無卡諾循環(huán)，能效高，只要在外部持續(xù)的供應(yīng)燃料，便可以源源不斷的輸出動力。燃料電池具有能量密度高、轉(zhuǎn)化效率高的特點，其能量密度是可達(dá)到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的30倍，理論上能量轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到85%～90%；工作可靠性強(qiáng)，幾乎沒有轉(zhuǎn)動部件，因此工作系統(tǒng)運行更加可靠，可以持續(xù)的供能；清潔環(huán)保，可供選擇的燃料來源廣，如氫氣、甲醇、酒精、沼氣等。如使用氫氣作為燃料，排放物只?

合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文4采用的燃料電池電堆具有輕巧、壽命長、比功率高等優(yōu)點；可在20℃的低溫啟動，快速加氫，只需3到5分鐘，能續(xù)航450公里以上。計劃在接下來兩年內(nèi)生產(chǎn)3000臺“開沃·泰歌號”燃料電池汽車。1.1.3燃料電池工作特點及分類燃料電池主要由正極、電解質(zhì)、負(fù)極三部分組成。燃料電池種類較多，但工作原理大致相同。從圖1.3[7]中我們可以看出，燃料電池的工作原理大致如下：燃料（如氫氣等）通過催化作用在電池的陽極發(fā)生生氧化反應(yīng)，生成陽離子，并產(chǎn)生自由電子；同時陰極上，氧化物在催化作用下得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)并生成陰離子；電池中生成的離子通過電解質(zhì)遷移到另外一個電極上，并在該電極上與其相反的離子結(jié)合生成產(chǎn)物，并排放出來。與此同時，外電路中電子定向的從陽極移動到陰極為外部供電[7-8]。圖1.3五種燃料電池運行條件示意圖Fig.1.3Fivetypesoffuelcellsandtheiroperatingconditions燃料電池種類也較多，分類方法有多種。根據(jù)工作溫度的不同，主要分成低溫燃料電池（工作溫度在120°C以下）和高溫燃料電池（工作溫度在200°C-1000°C）兩大類[9]。根據(jù)電解質(zhì)種類的不同，可將燃料電池主要分為以下五類[8]以及這五類燃料電池的主要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)如表1.2所示。（1）堿性燃料電池（AFC），這是在實踐應(yīng)用中最早的一種燃料電池。早在20世紀(jì)中葉美國NASA就使用AFCs為阿波羅號提供電力。燃料采用純凈的氫氣，氧化劑采用純氧氣。主要缺點是CO2會破壞堿性電解質(zhì)，AFC因易吸收CO2生成一些碳酸鹽、碳酸氫鹽或者沉淀物導(dǎo)致固體沉積、漏液等嚴(yán)重影響電池性能和造


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