燃料電池用聚芳醚類陰離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、廈門大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表的研究成果，均在文中以適當方式明確標明，并符合法律規(guī)范和《廈門大學(xué)研究生學(xué)術(shù)活動規(guī)范(試行)》。另外，該學(xué)位論文為()課題(組)的研究成果，獲得()課題(組)經(jīng)費或?qū)嶒炇业馁Y助，在()實驗室完成。(請在以上括號內(nèi)填寫課題或課題組負責(zé)人或?qū)嶒炇颐Q，未有此項聲明內(nèi)容的，可以不作特別聲明。)汐釓，嚴目乙多耙沖／●●r

2、L，弘月簽手隘年摘要燃料電池是一種能夠直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有轉(zhuǎn)化效率高、能量密度高、環(huán)境友好等優(yōu)點。在各種燃料電池中，堿性陰離子交換膜燃料電池(AlkalineAnionExchangeMembraneFuelCells，AAEMFCs)因具有反應(yīng)動力學(xué)快、可使用非貴金屬催化劑、燃料滲透率低等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注。陰離子交換膜(AnionExchangeMembranes，AEMs)作為AAEMFCs的關(guān)鍵

3、組成部分，起到阻隔燃料和氧化劑以及傳遞OH離子的作用，其性能優(yōu)劣直接影響到電池的能量轉(zhuǎn)化速率和使用壽命等各項性能。但是，現(xiàn)有的AEMs普遍存在離子電導(dǎo)率低、尺寸穩(wěn)定性和堿穩(wěn)定性差的問題，無法滿足AAEMFCs的使用要求。因此，研發(fā)綜合性能優(yōu)異的AEMs是AAEMFCs發(fā)展的首要目標。本論文從分子設(shè)計出發(fā)合成了一系列聚芳醚類聚合物，并用于陰離子交換膜的制備。利用核磁共振氫譜(。HNMR)、紅外光譜(FT—IR)冪H凝膠滲透色譜(GPC)等

4、手段表征了聚合物的結(jié)構(gòu)。通過掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)和小角X射線散射(SAxS)等技術(shù)對膜的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征，對膜的離子交換容量(IEC)、含水率、溶脹度、OIV離子電導(dǎo)率、機械性能、熱穩(wěn)定性和耐堿性等進行了測試及分析，詳細研究了膜結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。制備了含四芐基結(jié)構(gòu)的聚芳醚腈陰離子交換膜(QPENx)，通過改變親／疏水段比例考察了膜結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。強極性的腈基和自交聯(lián)結(jié)構(gòu)使QPENX具有較低的

5、含水率和溶脹度，顯示出良好的自抗溶脹性能。TEM表征顯示離子功能基團密集地、選擇性地接枝在四苯甲基結(jié)構(gòu)單元上利于其聚集形成離子簇；隨著親水段含量的增大，膜內(nèi)形成的離子簇尺寸變大。膜的離子電導(dǎo)率隨著親水段含量和溫度的增大而增大。綜合性能最優(yōu)的QPEN08膜的IEC為220meqg～，O盯離子電導(dǎo)率在376—981mScm1之間，60。C時溶脹度為326％?？紤]到QPENX膜的無規(guī)結(jié)構(gòu)及低含水率，其離子電導(dǎo)率還有提高的空間。為了提高AEMs