咪唑陰離子交換膜的制備及OH-傳導機理的研究.pdf

1、陰離子交換膜作為儲能電池（燃料電池、液流電池等）的關鍵材料主要有以下兩個重要作用:Ⅰ.隔離電池正負極燃料或電解液，避免正負極電解質(zhì)混合造成污染及電池能量的損失;Ⅱ.傳輸離子，使電池形成完整回路，保證電池的正常運行。與商用Nafion膜相比，陰離子交換膜的OH-傳導率均在0.01 S·cm-1的水平，低于Nafion膜一個數(shù)量級(0.1 S·cm-1)，且化學穩(wěn)定性較差。目前陰離子交換膜的制備工藝已經(jīng)成熟，其基本性能均在陰離子交換膜合成之

2、后測試。OH-在陰離子交換膜中的傳導率僅停留在實驗測試階段，不僅浪費時間與原料，制備出的陰離子交換膜的性能不一定與期望相一致。利用軟件模擬的方法對陰離子交換膜中OH-的傳導率進行預測及功能化基團位置的變化對OH-傳導率的影響的分子動力學十分必要。針對上述陰離子交換膜的缺點及理論研究的缺陷，本文利用四甲基雙酚A和十氟噁二唑為單體，N-乙烯基咪唑為功能化試劑合成了咪唑功能化陰離子交換膜，并利用Materials Studio(MS)模擬平臺

3、對不同結(jié)構(gòu)陰離子交換膜的OH-傳導速率進行一系列理論研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用共聚的方法，以四甲基雙酚A和十氟嗯二唑為單體合成多氟聚芳醚聚合物，N-乙烯基咪唑為功能化試劑，制備了不同功能化度的陰離子交換膜，并用熱交聯(lián)的方法對陰離子交換膜進行交聯(lián)改性。陰離子交換膜的OH-傳導率均為10-2 S·cm-1，在80℃下高達9.02×10-2 S·cm-1，其阻醇率為Nfion117阻醇率的10倍。⑵對25％DS（DS指功能化

4、程度）、50％DS和75％DS的陰離子交換膜進行分子動力學模擬，分析了咪唑陽離子中N+-N+、N-OH-O的徑向分布函數(shù)，其中75％DS的模型中OH-出現(xiàn)在咪唑陽離子周圍的幾率最大，有利于OH-的傳導，利用OH-的均方位移函數(shù)計算得出75％DS的陰離子交換膜的離子傳導率最高為2.75×10-2 S·cm-1，且甲醇與咪唑陽離子之間的作用力較弱，有效阻止甲醇的擴散。⑶設計了Line-型、Meta-型、Diagonal-型三種功能化位置的陰