燃料電池用摻雜型陰離子交換膜的制備與性能研究
發(fā)布時間：2020-12-06 06:50
目前,環(huán)境污染和能源緊缺嚴重困擾著人類的生存和發(fā)展,燃料電池作為一種清潔高效的新能源,越來越受到人們的關注。陰離子交換膜燃料電池由于其反應反應動力學快、催化劑成本低以及燃料選擇范圍廣等優(yōu)點成為當下的研究熱點,而陰離子交換膜作為燃料電池的關鍵組件起到重要作用。摻雜改性是提高燃料電池用陰離子交換膜綜合性能的重要手段之一,本文依次通過親核縮聚反應、傅-克反應及門秀金反應制備季銨化聚芳醚酮聚合物作為膜的基體材料,以季銨化改性二氧化鈦納米管（QTNT）和剝離的氮化碳（C3N4）作為摻雜材料,通過溶液鑄膜法制備成陰離子交換膜并對其性能進行研究分析。研究了 QTNT摻雜陰離子交換膜的制備及性能。通過在鈦納米管（TNT）表面接枝λ-氯丙基三甲氧基硅烷并季銨化成功制備出QTNT,并與季銨化聚芳醚酮進行摻雜制備成陰離子交換膜,探究QTNT的改性及摻雜量對膜性能的影響。實驗結果表明,所制備膜的實際IEC值范圍為1.52～1.59mmol/g,在相似的IEC水平下,TNT和QTNT的摻雜均能有效提高膜的尺寸穩(wěn)定性,水解穩(wěn)定性、耐堿穩(wěn)定性以及在部分溶劑中的抗溶劑性。QPAEK-1%-QTNT比QPAEK和QPA...
【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１陰離子交換膜燃料電池的工作機理??總體而言，相對于質子交換膜燃料電池，ＡＥＭＦＣｓ具有以下優(yōu)點：??
苯醚聚合物（ＰＰＯ）又稱聚亞苯基氧化物，是一種６０年代發(fā)展起來的高分，具有優(yōu)良的機械性能、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性，因此聚苯醚陰離子交換膜池領域被研究和應用。??Ｇｏｐｉ等制備了一系列季銨化聚苯醚陰離子交換膜（圖１．９）。將所制備季膜應用于燃料電池中，３０?°Ｃ時在２５０?ｍＡ／ｃｍ２電流密度下功率密度達ｍ２。??／Ｃｈ｜３?ｙＣＨ３??ｃｈ３?（ｅ?ＣＨ３??Ｎ（ＣＨ３）３ＯＨ－??圖１．９季銨化聚苯醚聚合物的分子結構??ａｎ等［３９］制備了一系列含有季銨基團的大分子交聯劑所交聯形成的聚苯醚膜，這種交聯結構有效地優(yōu)化了高水平／情況下聚苯醚陰離子交換膜導率與水中溶脹率之間的平衡。如圖１．１０所示，Ｈａｎ等制備了?ＱＰＰ）ＱＰＰＯ、ｘ（ＱＨ）３ＱＰＰＯ三類聚苯醚陰離子交換膜來探宄交聯結構對膜性能的ｅｒ３ｅｒ－Ｈ３ｅｒ－Ｈ３?ｓｒ－Ｈ３
燃料電池用摻雜型陰離子交換膜的制備與性能研究??？ｉ?Ｋ??圖１．１２季銨化離子化嵌段共聚物的分子結構式??１．３摻雜改性陰離子交換膜??到目前為止，提高陰離子交換膜綜合性能所采用的手段主要有兩種，一種是分子??結構設計，包括設計新的分子結構和改變已有的結構；另一種是對現有的膜材料進行??改性，其中進行改性的方法包括交聯和摻雜。摻雜是指往聚合物電解質中摻雜其他材??料制備成電解質膜的方法，分為有機－有機摻雜和有機－無機摻雜。摻雜法往往能使交??換膜同時具備兩種材料的優(yōu)良性能，從而改善純聚合物電解質膜的一些缺陷，例如有??機－無機摻雜是指往高分子有機聚合物電解質膜中添加無機粒子，使得所得到的膜結??合了有機材料和無機粒子的優(yōu)點，既具有高分子有機聚合物的延展性、導電性，又具??有無機粒子良好的機械性能和熱穩(wěn)定性
【參考文獻】：
期刊論文
[1]耐堿型燃料電池用陰離子交換膜的研究進展[J]. 崔珺,趙帥,王璐璐,封瑞江. 應用化工. 2016(05)
[2]燃料電池用陰離子交換膜的研究進展[J]. 趙卓,吳愛華,欒勝基,于廣河,張春裕. 高分子通報. 2015(08)
[3]聚吡咯/石墨型氮化碳復合材料的制備及其導電/電化學性能[J]. 盛維琛,吳萍,陳橋,陳彩鳳,陳斌. 江蘇大學學報(自然科學版). 2015(02)
[4]CS/PVA交聯復合膜的制備及其阻醇性和穩(wěn)定性[J]. 朱軍峰,張光華,王帆. 塑料. 2010(06)
[5]鈦酸鹽納米管的水熱合成及晶型研究[J]. 王竹梅,李月明,楊小靜,張玉平,廖潤華. 無機化學學報. 2007(02)
[6]A Hybrid Membrane of Poly(vinyl alcohol) and Phosphotungstic Acid for Fuel Cells[J]. 李磊,王宇新. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2002(05)
碩士論文
[1]水熱合成鈦酸鹽的結構特征及成管機理[D]. 賈冉毅.陜西師范大學 2013
[2]TiO2納米管的水熱合成及光催化性能研究[D]. 盧露.重慶大學 2010
[3]水熱合成TiO2納米管及光催化性能的研究[D]. 訾彤彤.哈爾濱理工大學 2010
本文編號：2900925
【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１陰離子交換膜燃料電池的工作機理??總體而言，相對于質子交換膜燃料電池，ＡＥＭＦＣｓ具有以下優(yōu)點：??
苯醚聚合物（ＰＰＯ）又稱聚亞苯基氧化物，是一種６０年代發(fā)展起來的高分，具有優(yōu)良的機械性能、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性，因此聚苯醚陰離子交換膜池領域被研究和應用。??Ｇｏｐｉ等制備了一系列季銨化聚苯醚陰離子交換膜（圖１．９）。將所制備季膜應用于燃料電池中，３０?°Ｃ時在２５０?ｍＡ／ｃｍ２電流密度下功率密度達ｍ２。??／Ｃｈ｜３?ｙＣＨ３??ｃｈ３?（ｅ?ＣＨ３??Ｎ（ＣＨ３）３ＯＨ－??圖１．９季銨化聚苯醚聚合物的分子結構??ａｎ等［３９］制備了一系列含有季銨基團的大分子交聯劑所交聯形成的聚苯醚膜，這種交聯結構有效地優(yōu)化了高水平／情況下聚苯醚陰離子交換膜導率與水中溶脹率之間的平衡。如圖１．１０所示，Ｈａｎ等制備了?ＱＰＰ）ＱＰＰＯ、ｘ（ＱＨ）３ＱＰＰＯ三類聚苯醚陰離子交換膜來探宄交聯結構對膜性能的ｅｒ３ｅｒ－Ｈ３ｅｒ－Ｈ３?ｓｒ－Ｈ３
燃料電池用摻雜型陰離子交換膜的制備與性能研究??？ｉ?Ｋ??圖１．１２季銨化離子化嵌段共聚物的分子結構式??１．３摻雜改性陰離子交換膜??到目前為止，提高陰離子交換膜綜合性能所采用的手段主要有兩種，一種是分子??結構設計，包括設計新的分子結構和改變已有的結構；另一種是對現有的膜材料進行??改性，其中進行改性的方法包括交聯和摻雜。摻雜是指往聚合物電解質中摻雜其他材??料制備成電解質膜的方法，分為有機－有機摻雜和有機－無機摻雜。摻雜法往往能使交??換膜同時具備兩種材料的優(yōu)良性能，從而改善純聚合物電解質膜的一些缺陷，例如有??機－無機摻雜是指往高分子有機聚合物電解質膜中添加無機粒子，使得所得到的膜結??合了有機材料和無機粒子的優(yōu)點，既具有高分子有機聚合物的延展性、導電性，又具??有無機粒子良好的機械性能和熱穩(wěn)定性
【參考文獻】：
期刊論文
[1]耐堿型燃料電池用陰離子交換膜的研究進展[J]. 崔珺,趙帥,王璐璐,封瑞江. 應用化工. 2016(05)
[2]燃料電池用陰離子交換膜的研究進展[J]. 趙卓,吳愛華,欒勝基,于廣河,張春裕. 高分子通報. 2015(08)
[3]聚吡咯/石墨型氮化碳復合材料的制備及其導電/電化學性能[J]. 盛維琛,吳萍,陳橋,陳彩鳳,陳斌. 江蘇大學學報(自然科學版). 2015(02)
[4]CS/PVA交聯復合膜的制備及其阻醇性和穩(wěn)定性[J]. 朱軍峰,張光華,王帆. 塑料. 2010(06)
[5]鈦酸鹽納米管的水熱合成及晶型研究[J]. 王竹梅,李月明,楊小靜,張玉平,廖潤華. 無機化學學報. 2007(02)
[6]A Hybrid Membrane of Poly(vinyl alcohol) and Phosphotungstic Acid for Fuel Cells[J]. 李磊,王宇新. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2002(05)
碩士論文
[1]水熱合成鈦酸鹽的結構特征及成管機理[D]. 賈冉毅.陜西師范大學 2013
[2]TiO2納米管的水熱合成及光催化性能研究[D]. 盧露.重慶大學 2010
[3]水熱合成TiO2納米管及光催化性能的研究[D]. 訾彤彤.哈爾濱理工大學 2010
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