陰離子交換膜燃料電池由于便捷的水管理,低廉的成本,高活性的電極反應(yīng),目前受到研究者越來越多的關(guān)注,但其核心部件陰離子交換膜的開發(fā)與應(yīng)用受限于低離子傳導(dǎo)率和低穩(wěn)定性。為了解決以上難題,各種新型結(jié)構(gòu)被引入到陰離子膜的設(shè)計中。眾所周知,合理的分子設(shè)計可以提高離子膜的傳導(dǎo)性能、機(jī)械性能、抗溶脹性能和化學(xué)穩(wěn)定性能。傳統(tǒng)的分子設(shè)計策略包括:制備嵌段、接枝、交聯(lián)的聚合物和在聚合物中引入高密度官能團(tuán)等,基于此,大環(huán)化合物被引入陰離子膜結(jié)構(gòu)中。大環(huán)化合物大致可以分為如下幾類:（1）冠醚;（2）葫蘆脲;（3）環(huán)糊精;（4）杯芳烴;（5）柱芳烴等。考慮到堿性條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,功能化難易程度和分子設(shè)計的要求,柱芳烴和環(huán)糊精成為改性的理想選擇。柱芳烴能夠應(yīng)用于離子交換膜的理由包括:（1）主體是由苯環(huán)和亞甲基交替連接,不含氧氮等堿敏感基團(tuán);（2）柱芳烴[5]可改性位點高達(dá)十個,可滿足離子傳遞的需求;（3）普通的柱芳烴合成簡單,產(chǎn)率高,然而,柱芳烴在功能膜方向特別是陰離子交換膜方面的研究鮮有報道。β-環(huán)糊精作為一種寡聚糖,應(yīng)用于燃料電池陰離子交換膜有如下優(yōu)勢:（1）價格低廉,并且環(huán)糊精的功能化及環(huán)糊精型聚合物的合成... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 燃料電池的分類
    1.3 堿性燃料電池的發(fā)展和優(yōu)勢
    1.4 陰離子交換膜面臨的問題
    1.5 聚合物基體材料的選擇
        1.5.1 聚醚砜型陰離子交換膜
        1.5.2 聚苯醚型陰離子交換膜
        1.5.3 聚苯乙烯型陰離子膜
        1.5.4 聚烷基苯型陰離子膜
        1.5.5 聚乙烯型陰離子膜
        1.5.6 聚苯并咪唑型陰離子膜
    1.6 陰離子交換膜傳導(dǎo)基團(tuán)
    1.7 陰離子交換膜分子結(jié)構(gòu)
        1.7.1 嵌段結(jié)構(gòu)
        1.7.2 接枝結(jié)構(gòu)
        1.7.3 交聯(lián)結(jié)構(gòu)
        1.7.4 局部高密度結(jié)構(gòu)
    1.8 本文的研究思路與研究內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第2章 測試方法
    2.1 測試儀器
        2.1.1 核磁共振
        2.1.2 紅外光譜
        2.1.3 熱重分析
        2.1.4 離子傳導(dǎo)測試
        2.1.5 離子交換容量測試
        2.1.6 吸水率和溶脹率測試
        2.1.7 堿穩(wěn)定性測試
        2.1.8 凝膠含量測試
        2.1.9 離子有效擴(kuò)散系數(shù)計算
        2.1.10 原子力顯微鏡測試
        2.1.11 小角X射線衍射測試
        2.1.12 透射電子顯微鏡測試
        2.1.13 燃料電池性能測試
第三章 基于含柱芳烴聚醚砜的交聯(lián)型陰離子交換膜
    3.1 引言
    3.2 實驗藥品
    3.3 實驗步驟
        3.3.1 柱芳烴雙酚的合成
        3.3.2 柱芳烴型聚醚砜的合成
        3.3.3 柱芳烴型聚合物的去醚
        3.3.4 去醚柱芳烴的接枝
        3.3.5 接枝柱芳烴聚醚砜的溴化
        3.3.6 含柱芳烴聚醚砜型陰離子膜的制備
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 傳導(dǎo)和吸水溶脹
        3.4.2 形貌分析
        3.4.3 堿穩(wěn)定性
        3.4.4 機(jī)械性能
        3.4.5 熱穩(wěn)定性
        3.4.6 燃料電池性能
    3.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 多烷基溴型柱芳烴作為交聯(lián)劑構(gòu)筑陰離子交換膜
    4.1 引言
    4.2 實驗材料
    4.3 實驗步驟
        4.3.1 烷基溴型柱芳烴的合成
        4.3.2 四甲基聚醚砜的合成
        4.3.3 溴化四甲基聚醚砜的合成
        4.3.4 胺化四甲基聚醚砜的合成
        4.3.5 含柱芳烴的交聯(lián)膜制備
    4.4 結(jié)果和討論
        4.4.1 傳導(dǎo)率
        4.4.2 吸水率和溶脹率
        4.4.3 堿穩(wěn)定性
        4.4.4 形貌分析
        4.4.5 機(jī)械性能
        4.4.6 熱穩(wěn)定性
        4.4.7 燃料電池性能
    4.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 環(huán)糊精接枝聚苯醚用于陰離子交換膜的研究
    5.1 前言
    5.2 實驗材料
    5.3 實驗步驟
        5.3.1 對甲苯磺基單取代環(huán)糊精的合成
        5.3.2 單取代環(huán)糊精的胺化
        5.3.3 聚苯醚的溴化
        5.3.4 溴化聚苯醚的接枝和胺化
        5.3.5 陰離子交換膜的制備
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 吸水率和溶脹率
        5.4.2 傳導(dǎo)率
        5.4.3 形貌分析
        5.4.4 堿穩(wěn)定性
        5.4.5 機(jī)械性能
        5.4.6 電池性能
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 側(cè)鏈長度對環(huán)糊精接枝聚苯醚陰離子交換膜性能的影響
    6.1 前言
    6.2 實驗材料
    6.3 實驗步驟
        6.3.1 單取代環(huán)糊精的合成與胺化
        6.3.2 聚苯醚的溴化
        6.3.3 溴化聚苯醚的接枝與胺化
        6.3.4 陰離子交換膜的制備
    6.4 結(jié)果與討論
        6.4.1 形貌分析
        6.4.2 吸水率與溶脹率
        6.4.3 傳導(dǎo)率
        6.4.4 機(jī)械性能
        6.4.5 堿穩(wěn)定性
        6.4.6 電池性能
    6.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 結(jié)論
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者簡介
致謝



本文編號：3165018