離子交換膜是一種具有離子傳輸官能團(tuán)的固體電解質(zhì),因其對(duì)特定離子的選擇透過(guò)特性,在氯堿工業(yè)、污水處理等傳統(tǒng)化工領(lǐng)域扮演著重要角色。近年來(lái),全球變暖推動(dòng)了非化石能源的研究和發(fā)展,利用環(huán)境友好的替代清潔能源發(fā)電已成為一個(gè)必然趨勢(shì)。陰離子交換膜燃料電池是一種將化學(xué)能直接高效轉(zhuǎn)化為電能的新型清潔發(fā)電技術(shù),近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。它包括正極、負(fù)極以及一個(gè)在中間傳輸離子的電解質(zhì)層。而在陰離子交換膜燃料電池中的這層電解質(zhì)同時(shí)起到傳遞陰離子并且阻隔燃料的作用。在高pH值條件下,陰離子交換膜的聚合物主體容易受到氫氧根離子的攻擊從而縮短膜的使用壽命。到目前為止,如何同時(shí)提高陰離子交換膜的傳導(dǎo)率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性成為了科研工作者的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。通常為了提高離子傳導(dǎo)率,最為直接的辦法是提高膜內(nèi)離子傳輸官能團(tuán)的密度,即離子交換容量(IEC),但是隨著IEC的增強(qiáng),膜的親水性會(huì)隨之增加,過(guò)量的吸水導(dǎo)致過(guò)度溶脹甚至是溶解,影響膜的穩(wěn)定性。因此,本文從離子傳輸官能團(tuán)和膜微觀聚集態(tài)結(jié)構(gòu)入手,研究咪唑官能團(tuán)和二茂鐵官能團(tuán)對(duì)離子傳輸性能的影響,以及膜微觀形貌對(duì)離子傳輸性能的影響。在各種離子傳輸官能團(tuán)結(jié)構(gòu)中,咪唑環(huán)共軛結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)...

【文章頁(yè)數(shù)】：120 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 燃料電池
    1.2 質(zhì)子交換膜
        1.2.1 聚苯乙烯基質(zhì)子交換膜
        1.2.2 聚芳醚類質(zhì)子交換膜
        1.2.3 聚酰銨和聚酰亞銨類質(zhì)子交換膜
        1.2.4 質(zhì)子交換膜的優(yōu)勢(shì)和局限性
    1.3 陰離子交換膜
        1.3.1 基于Nafion制備的陰離子交換膜
        1.3.2 基于部分含氟或無(wú)氟烯烴聚合物制備的陰離子交換膜
        1.3.3 聚芳醚類聚合物的陰離子交換膜
        1.3.4 基于微孔聚合物的陰離子交換膜
        1.3.5 基于聚離子液體的陰離子交換膜
        1.3.6 基于聚芳基哌啶聚合物的陰離子交換膜
        1.3.7 基于聚苯并咪唑的陰離子交換膜
    1.4 陰離子交換膜面臨的問(wèn)題
    1.5 陰離子交換膜的改性方法
        1.5.1 優(yōu)化陽(yáng)離子官能團(tuán)的穩(wěn)定性
        1.5.2 優(yōu)化聚合物主鏈的穩(wěn)定性
        1.5.3 優(yōu)化微觀相分離結(jié)構(gòu)提高離子傳導(dǎo)率
    1.6 本論文的設(shè)計(jì)思想與主要內(nèi)容
第2章 陰離子交換膜的表征及性能測(cè)試
    2.1 陰離子交換膜的結(jié)構(gòu)表征
    2.2 陰離子交換膜的性能測(cè)試
第3章 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合型陰離子交換膜的制備及性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
        3.2.2 聚苯并咪唑的合成,無(wú)機(jī)-有機(jī)填料的制備
        3.2.3 制備聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合型陰離子交換膜
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 聚苯并咪唑的核磁表征
        3.3.2 磷鎢酸-離子液體(PWA-IL)及復(fù)合膜的紅外表征
        3.3.3 磷鎢酸-離子液體(PWA-IL)的微觀形貌
        3.3.4 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的微觀形貌
        3.3.5 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性
        3.3.6 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的氧化穩(wěn)定性
        3.3.7 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的力學(xué)性能
        3.3.8 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的離子交換容量
        3.3.9 聚苯并咪唑/磷鎢酸-離子液體復(fù)合膜的OH^-離子傳導(dǎo)率
    3.4 小節(jié)
第4章 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合型陰離子交換膜的制備及性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
        4.2.2 羥基聚苯并咪唑的合成
        4.2.3 二茂鐵前驅(qū)體的制備
        4.2.4 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合型陰離子交換膜
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 羥基聚苯并咪唑和二茂鐵前驅(qū)體的制備
        4.3.2 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的溶解性
        4.3.3 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的紅外表征
        4.3.4 季銨-二茂鐵前驅(qū)體的自聚集
        4.3.5 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的微觀形貌
        4.3.6 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的氧化穩(wěn)定性
        4.3.7 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的親水性
        4.3.8 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性
        4.3.9 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的力學(xué)性能
        4.3.10 聚苯并咪唑/季銨-二茂鐵復(fù)合膜的OH^-離子傳導(dǎo)率
    4.4 小節(jié)
第5章 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)型陰離子交換膜的制備及性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
        5.2.2 四甲基型聚芳醚酮(TMPAEK)的合成
        5.2.3 咪唑基離子液體(IL)的合成
        5.2.4 四甲基型聚芳醚酮的溴代反應(yīng)
        5.2.5 咪唑基聚合離子液體(PIL)的合成
        5.2.6 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的制備
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的制備及結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的溶膠-凝膠測(cè)試
        5.3.3 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的表面潤(rùn)濕性
        5.3.4 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的特異性溶脹
        5.3.5 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的微觀形貌
        5.3.6 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的氫氧根離子傳導(dǎo)率
        5.3.7 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的熱穩(wěn)定性
        5.3.8 聚芳醚酮/聚離子液體交聯(lián)膜的力學(xué)性能
    5.4 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介
攻讀博士學(xué)位期間研究成果



本文編號(hào)：3805854