發(fā)布時間：2021-03-26 03:33

　　由于可以使用非貴金屬代替貴金屬作為電極催化劑,陰離子交換膜燃料電池比質(zhì)子交換膜燃料電池更加有吸引力。然而,作為陰離子交換膜燃料電池的核心部件,現(xiàn)今的陰離子交換膜還面臨著許多問題,其中最主要的兩個是:膜的電導(dǎo)率相對較低;膜的耐堿性差。膜的耐堿性差主要由兩個因素所致:聚合物骨架的降解;陽離子功能基團(tuán)的降解。本文從改善陰離子交換膜的堿穩(wěn)定性的角度出發(fā),深入研究了聚合物骨架、陽離子基團(tuán)結(jié)構(gòu)對陰離子交換膜綜合性能的影響規(guī)律,獲得了一些創(chuàng)新的研究成果,具體內(nèi)容如下:1.設(shè)計(jì)并制備了季銨型陰離子交換膜PPO-QA-x、大位阻咪唑型陰離子交換膜PPO-MIm-x和PPO-PIm-x,通過調(diào)節(jié)聚苯醚的溴代度進(jìn)一步調(diào)節(jié)陰離子交換膜的離子交換容量。研究發(fā)現(xiàn),由于PIm基團(tuán)體積較大,PPO-PIm-0.4的成膜性差。在堿穩(wěn)定性測試中,由于季銨基團(tuán)發(fā)生了葉立德反應(yīng)和霍夫曼降解,PPO-QA-0.4在80℃下2 mol/L的NaOH溶液中浸泡30天后,氫氧根電導(dǎo)率降低到初始值的35%;由于聚合物鏈交聯(lián)以及咪唑鎓離子基團(tuán)的降解,PPO-MIm-0.4在80℃下2 mol/L的NaOH溶液中浸泡30天后,氫氧根電導(dǎo)率... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）韓國現(xiàn)代ｉｘ３５?ＦＣＥＶ燃料電池汽車，（ｂ）日本豐田Ｍｉｒａｉ燃料電池汽車??

Ｃａｒｂｏｎ?＾?Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｃｊ｜ｒｂ〇ｎ??ｅ－＇?ｃｌｏｔｈ?ＰＥＭ?ｒ＇?，，ｅ＇??＼?ｔ?ＰＥ，Ｍ?ｔ?／??ｆＨ?ｌＬ－１９ｉ??ｒ＼ｍ?ｉ?Ｉ??ｗｍｍ??卜—Ａｎｏｄｅ?ａｒｔ＊?—？］?ｊ－＊—Ｃｕｔｈｏｄｅ?？ｒｆ？—？ｊ??Ａｎｏｄｅ：?２Ｈ２?？?４ｉｒ?＋?４ｅ￣?Ｅ？?＝?ｏｖ??Ｃａｔｈｏｄｅ：?Ｏ，?＋?４Ｈ＊?＋?４ｅ?２Ｈ，０?Ｅ°?＝?１．２３Ｖ??Ｏｖｅｒａｌｌ：?２Ｈ２?＋?〇２?—？？?２Ｈ２ｏ?Ｅｃｅｌｌ＝ｉ．ｗｖ??圖１．２質(zhì)子交換膜燃料電池原理示意圖ｌ８ｌ??質(zhì)子交換膜燃料電池，顧名思義，即以質(zhì)子交換膜為質(zhì)子傳導(dǎo)媒介的燃料??電池，是目前研宄最多的一類燃料電池，現(xiàn)在商業(yè)化的燃料電池汽車上使用的??就是質(zhì)子交換膜燃料電池［７］。美國杜邦公司于上世紀(jì)７０年代開發(fā)的全氟磺酸膜??（Ｎａｆｉｏｎ系列，化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖１．３所示），其全氟代主鏈和超酸離子基團(tuán)為其帶??來了優(yōu)良性能，至今在綜合性能上仍沒有其它種類聚合物可以超越。??但是，質(zhì)子交換膜燃料電池需在強(qiáng)酸性環(huán)境下工作，必須采用貴金屬鉬作??為催化劑，無論從成本還是柏的儲量上，均無法支持其大規(guī)模應(yīng)用。另外，燃??料滲透導(dǎo)致的催化劑中毒問題也是一個巨大的挑戰(zhàn)。［９］??２??

?第１章緒論???Ｒ?ｆ］?ｒ?Ｒ?Ｆ?＇??ｌＦ?Ｆ?ＪｍＬ?Ｆ?Ｊｎ??Ｆ?士??Ｆ３Ｃ?個?ｏＺ＾ｐＳＯｓＨ??圖１．３杜邦公司的Ｎａｆｉｏｎ膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)??１．２．３陰離子交換膜燃料電池??Ｉ＾?＞——??ｌｃ．ｒｂｏ？?Ａ＂°ｆ＊?Ｃ＊＇，｜〇＜，，ｅ?＜?？ｒｂｏｎ??葉丨°＼?ｔ?ｔ丨ｒ?ｔ?ｆ??ｔｔｔｔ。??；■＜—Ａｎｏｄｔ?ａｒｔｓ?—―?—Ｃａｔｈｏｄｅ?ａｒｅａ—??Ａｎｏｄｅ：?２Ｈ２?＋４０Ｈ＇—？?４Ｈ，０?＋?４ｅ＂?Ｅ°?＝－０．８３Ｖ??Ｃａｔｈｏｄｅ：?ｏ２?＋?２Ｈ：〇?＋?４ｅ＿?—４〇ｈ?＂?Ｅ°?＝?ｏ．４〇ｖ??Ｏｖｅｒａｌｌ：?２Ｈ２?＋?〇２??？?２Ｈ２〇?￡ｃｅｌｌ＝?１．２３Ｖ??圖１．４陰離子交換膜燃料電池原理示意圖叫??陰離子交換膜燃料電池，因?yàn)閷?dǎo)電離子主要是氫氧根，因此也叫作氫氧根??交換膜燃料電池（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆＵｅｌ?ｃｅｌｌ，ＨＥＭＦＣ）。由于堿性??環(huán)境大大增強(qiáng)了電催化活性，使得陰離子交換膜燃料電池能夠使用非貴金屬（如??鎳，銀等）作為催化劑，因此陰離子交換膜燃料電池近年來被認(rèn)為是下一代燃??料電池技術(shù)。［１（）］但是，現(xiàn)今的陰離子交換膜燃料電池仍然面臨著膜的化學(xué)穩(wěn)定??性（主要是耐堿性）差，膜的電導(dǎo)率相對較低等問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。??３??


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