燃料电池用掺杂型阴离子交换膜的制备与性能研究
发布时间：2020-12-06 06:50
目前,环境污染和能源紧缺严重困扰着人类的生存和发展,燃料电池作为一种清洁高效的新能源,越来越受到人们的关注。阴离子交换膜燃料电池由于其反应反应动力学快、催化剂成本低以及燃料选择范围广等优点成为当下的研究热点,而阴离子交换膜作为燃料电池的关键组件起到重要作用。掺杂改性是提高燃料电池用阴离子交换膜综合性能的重要手段之一,本文依次通过亲核缩聚反应、傅-克反应及门秀金反应制备季铵化聚芳醚酮聚合物作为膜的基体材料,以季铵化改性二氧化钛纳米管（QTNT）和剥离的氮化碳（C3N4）作为掺杂材料,通过溶液铸膜法制备成阴离子交换膜并对其性能进行研究分析。研究了 QTNT掺杂阴离子交换膜的制备及性能。通过在钛纳米管（TNT）表面接枝λ-氯丙基三甲氧基硅烷并季铵化成功制备出QTNT,并与季铵化聚芳醚酮进行掺杂制备成阴离子交换膜,探究QTNT的改性及掺杂量对膜性能的影响。实验结果表明,所制备膜的实际IEC值范围为1.52～1.59mmol/g,在相似的IEC水平下,TNT和QTNT的掺杂均能有效提高膜的尺寸稳定性,水解稳定性、耐碱稳定性以及在部分溶剂中的抗溶剂性。QPAEK-1%-QTNT比QPAEK和QPA...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１阴离子交换膜燃料电池的工作机理??总体而言，相对于质子交换膜燃料电池，ＡＥＭＦＣｓ具有以下优点：??
苯醚聚合物（ＰＰＯ）又称聚亚苯基氧化物，是一种６０年代发展起来的高分，具有优良的机械性能、耐热性及尺寸稳定性，因此聚苯醚阴离子交换膜池领域被研究和应用。??Ｇｏｐｉ等制备了一系列季铵化聚苯醚阴离子交换膜（图１．９）。将所制备季膜应用于燃料电池中，３０?°Ｃ时在２５０?ｍＡ／ｃｍ２电流密度下功率密度达ｍ２。??／Ｃｈ｜３?ｙＣＨ３??ｃｈ３?（ｅ?ＣＨ３??Ｎ（ＣＨ３）３ＯＨ－??图１．９季铵化聚苯醚聚合物的分子结构??ａｎ等［３９］制备了一系列含有季铵基团的大分子交联剂所交联形成的聚苯醚膜，这种交联结构有效地优化了高水平／情况下聚苯醚阴离子交换膜导率与水中溶胀率之间的平衡。如图１．１０所示，Ｈａｎ等制备了?ＱＰＰ）ＱＰＰＯ、ｘ（ＱＨ）３ＱＰＰＯ三类聚苯醚阴离子交换膜来探宄交联结构对膜性能的ｅｒ３ｅｒ－Ｈ３ｅｒ－Ｈ３?ｓｒ－Ｈ３
燃料电池用掺杂型阴离子交换膜的制备与性能研究??？ｉ?Ｋ??图１．１２季铵化离子化嵌段共聚物的分子结构式??１．３掺杂改性阴离子交换膜??到目前为止，提高阴离子交换膜综合性能所采用的手段主要有两种，一种是分子??结构设计，包括设计新的分子结构和改变已有的结构；另一种是对现有的膜材料进行??改性，其中进行改性的方法包括交联和掺杂。掺杂是指往聚合物电解质中掺杂其他材??料制备成电解质膜的方法，分为有机－有机掺杂和有机－无机掺杂。掺杂法往往能使交??换膜同时具备两种材料的优良性能，从而改善纯聚合物电解质膜的一些缺陷，例如有??机－无机掺杂是指往高分子有机聚合物电解质膜中添加无机粒子，使得所得到的膜结??合了有机材料和无机粒子的优点，既具有高分子有机聚合物的延展性、导电性，又具??有无机粒子良好的机械性能和热稳定性
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐碱型燃料电池用阴离子交换膜的研究进展[J]. 崔珺,赵帅,王璐璐,封瑞江. 应用化工. 2016(05)
[2]燃料电池用阴离子交换膜的研究进展[J]. 赵卓,吴爱华,栾胜基,于广河,张春裕. 高分子通报. 2015(08)
[3]聚吡咯/石墨型氮化碳复合材料的制备及其导电/电化学性能[J]. 盛维琛,吴萍,陈桥,陈彩凤,陈斌. 江苏大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]CS/PVA交联复合膜的制备及其阻醇性和稳定性[J]. 朱军峰,张光华,王帆. 塑料. 2010(06)
[5]钛酸盐纳米管的水热合成及晶型研究[J]. 王竹梅,李月明,杨小静,张玉平,廖润华. 无机化学学报. 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)
硕士论文
[1]水热合成钛酸盐的结构特征及成管机理[D]. 贾冉毅.陕西师范大学 2013
[2]TiO2纳米管的水热合成及光催化性能研究[D]. 卢露.重庆大学 2010
[3]水热合成TiO2纳米管及光催化性能的研究[D]. 訾彤彤.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：2900925
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１阴离子交换膜燃料电池的工作机理??总体而言，相对于质子交换膜燃料电池，ＡＥＭＦＣｓ具有以下优点：??
苯醚聚合物（ＰＰＯ）又称聚亚苯基氧化物，是一种６０年代发展起来的高分，具有优良的机械性能、耐热性及尺寸稳定性，因此聚苯醚阴离子交换膜池领域被研究和应用。??Ｇｏｐｉ等制备了一系列季铵化聚苯醚阴离子交换膜（图１．９）。将所制备季膜应用于燃料电池中，３０?°Ｃ时在２５０?ｍＡ／ｃｍ２电流密度下功率密度达ｍ２。??／Ｃｈ｜３?ｙＣＨ３??ｃｈ３?（ｅ?ＣＨ３??Ｎ（ＣＨ３）３ＯＨ－??图１．９季铵化聚苯醚聚合物的分子结构??ａｎ等［３９］制备了一系列含有季铵基团的大分子交联剂所交联形成的聚苯醚膜，这种交联结构有效地优化了高水平／情况下聚苯醚阴离子交换膜导率与水中溶胀率之间的平衡。如图１．１０所示，Ｈａｎ等制备了?ＱＰＰ）ＱＰＰＯ、ｘ（ＱＨ）３ＱＰＰＯ三类聚苯醚阴离子交换膜来探宄交联结构对膜性能的ｅｒ３ｅｒ－Ｈ３ｅｒ－Ｈ３?ｓｒ－Ｈ３
燃料电池用掺杂型阴离子交换膜的制备与性能研究??？ｉ?Ｋ??图１．１２季铵化离子化嵌段共聚物的分子结构式??１．３掺杂改性阴离子交换膜??到目前为止，提高阴离子交换膜综合性能所采用的手段主要有两种，一种是分子??结构设计，包括设计新的分子结构和改变已有的结构；另一种是对现有的膜材料进行??改性，其中进行改性的方法包括交联和掺杂。掺杂是指往聚合物电解质中掺杂其他材??料制备成电解质膜的方法，分为有机－有机掺杂和有机－无机掺杂。掺杂法往往能使交??换膜同时具备两种材料的优良性能，从而改善纯聚合物电解质膜的一些缺陷，例如有??机－无机掺杂是指往高分子有机聚合物电解质膜中添加无机粒子，使得所得到的膜结??合了有机材料和无机粒子的优点，既具有高分子有机聚合物的延展性、导电性，又具??有无机粒子良好的机械性能和热稳定性
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐碱型燃料电池用阴离子交换膜的研究进展[J]. 崔珺,赵帅,王璐璐,封瑞江. 应用化工. 2016(05)
[2]燃料电池用阴离子交换膜的研究进展[J]. 赵卓,吴爱华,栾胜基,于广河,张春裕. 高分子通报. 2015(08)
[3]聚吡咯/石墨型氮化碳复合材料的制备及其导电/电化学性能[J]. 盛维琛,吴萍,陈桥,陈彩凤,陈斌. 江苏大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]CS/PVA交联复合膜的制备及其阻醇性和稳定性[J]. 朱军峰,张光华,王帆. 塑料. 2010(06)
[5]钛酸盐纳米管的水热合成及晶型研究[J]. 王竹梅,李月明,杨小静,张玉平,廖润华. 无机化学学报. 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)
硕士论文
[1]水热合成钛酸盐的结构特征及成管机理[D]. 贾冉毅.陕西师范大学 2013
[2]TiO2纳米管的水热合成及光催化性能研究[D]. 卢露.重庆大学 2010
[3]水热合成TiO2纳米管及光催化性能的研究[D]. 訾彤彤.哈尔滨理工大学 2010
本文编号：2900925
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