基于柔性链聚合物阴离子交换膜的制备与性能研究

摘要

碱性阴离子交换膜燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，由于其广泛的应用及在解决能源和环境危机领域中显示出的巨大潜能，受到极大关注。这种燃料电池与其他燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池相比，拥有显著优势。例如，通过转换工作离子从H+到OH-，无需贵金属作为电催化剂，因此改善了电极成本和使用寿命。另外，由于其碳氢燃料氧化过电位低，降低了燃料的透过率，使得供给燃料范围更广泛，如甲醇、乙醇、乙二醇等。这些优势使得碱性阴离子交换膜燃料电池极具商业化前景。碱性燃料电池发展的关键技术在于综合性能优良的碱性阴离子交换膜。碱性膜聚合物电介质通过将带正电的阳离子基团连接到聚合物主链上的方式，从而能够传递OH-。目前，适用于碱性燃料电池实际应用的具有高的离子传导率、良好的机械性能、理想的韧性和优异的使用寿命仍然是碱性膜发展的方向。因此，本文采用脂肪族聚合物为基体材料通过两种不同途径分别制备了一系列导电率和耐碱稳定性优良的碱性阴离子交换膜。通过核磁共振氢谱和傅里叶转换红外光谱对其结构进行了表征。通过热重分析对碱性膜的耐热稳定性进行测试。为了评价碱性膜在燃料电池使用中的性能，对导电率、离子交换容量、吸水率、溶胀度和耐碱稳定性进行了研究。
　　制备新型的由胍基功能化改性的碱性阴离子交换膜。由于该碱性膜的阳离子基团2-苄基-1,1,3,3-四甲基胍大的空间位阻及稳定的共振结构，使得其在60℃的1 M NaOH溶液条件下40 d时间显示出良好的耐碱稳定性，其具备较高的离子传导率，室温下为3.21×10-2 S/cm，80℃下为6.48×10-2 S/cm。该碱性膜在拉伸测试中，拉伸强度为15.5 MPa，弹性模量99.1 MPa，断裂伸长率100.7%,说明制备的胍基改性SEBS碱性阴离子交换膜综合性能良好。
　　以乙烯基咔唑、甲基丙烯酸丁酯、丙烯腈和实验室自制的由二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺和溴代十二烷（溴代十六烷）反应得到的不饱和长链烷基季铵盐共聚合，制备碱性阴离子交换膜。该碱性膜室温下导电率为3.38×10-2 S/cm，80℃下为7.15×10-2 S/cm。并且在60℃的1MNaOH溶液条件下1200 h显示出良好的耐碱稳定性。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 燃料电池

1.2 碱性阴离子交换膜

1.3 研究现状

1.4 选题意义及本论文研究内容

2 实验方法

2.1 实验仪器与试剂

2.2 表征及测试手段

3 胍基改性SEBS碱性阴离子交换膜的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 胍型叔胺单体（BTMG）的合成

3.3 氯甲基化CMSEBS的合成

3.4 胍基（BTMG）改性CMSEBS的胺化反应及碱性阴离子交换膜的制备

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

4 含咔唑基团、酰胺季铵盐结构共聚物碱性膜的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 乙烯基功能单体 N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺长链烷基季铵盐QDMACn 的合成

4.3 乙烯基咔唑-酰胺季铵盐型共聚物的合成

4.4 碱性阴离子交换膜的制备

4.5 结果与讨论

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢