碱性燃料电池用新型咪唑因阴离子交换膜的制备及性能研究
阴离子交换膜作为碱性燃料电池(AFCs)的核心组成之一，仍然面临如离子传导率低以及碱稳定性差等问题，从而阻碍了碱性燃料电池的商业化应用。本研究从提高氢氧根离子传导率和碱稳定性出发，设计、制备了三个负载咪唑鎓离子的AEMs，具体如下: 1.带空间位阻聚苯并咪唑鎓阴离子交换膜的研究。以联苯甲酰为初始原料，经过简单的三步反应，合成并表征了带有空间位阻的4'-己基-5'-辛基-[1，1'，2'，1"-三联苯]-3'，6'-二羧酸二乙酯(HOTP)单体。在微波条件下与不同比例的间苯二甲酸、联苯四胺共聚，用碘代正丁烷季铵化后，制备得到了一系列新型聚苯并咪唑鎓阴离子交换膜。对膜材料进行离子传导率、水吸收率、溶胀比、离子交换容量和碱稳定性等测试表明，mPBI-HOTP-20％-(n-Bu)聚苯并咪唑鎓碱性膜的IEC为1.98mmol·g-1，在80℃时离子传导率为35.35mS·cm-1。膜的碱稳定性测试表明，在60℃下用1M NaOH溶液中浸泡1440h后，其离子传导率降低11％，IEC下降10％，显示出较好的耐碱稳定性。 2.带空间位阻咪唑鎓功能化聚氯乙烯碱性膜研究。利用简单的一步反应，制备、表征了1-丁基-2-(2，6-二甲基苯基)-4，5-二苯基-1H-咪唑(BPIM)。不同比例的BPIM与聚氯乙烯反应，制备出一系列的PVC-BPIM-x阴离子交换膜。碱性膜的离子传导率有较大提高，在30℃时，PVC-BPIM-x系列膜的OH-传导率为34.45-39.67mS·cm-1，而在80℃时，PVC-BPIM-x系列膜的OH-传导率为92.84至97.10mS·cm-1。膜的耐碱性实验表明，当PVC-BPIM-20％膜浸泡在1MNaOH溶液中于60℃下1320h后，传导率降低了约57.47％左右。 3.带空间位阻咪唑鎓功能化聚乙烯醇碱性膜研究。使用1，5-二溴戊烷对BPIM进行季铵化得到BPIM-(CH2)5-Br，再将其以一定比例接枝在聚乙烯醇骨架上并进行交联，所得到的PVA-BPIM-(CH2)5-x膜材料具有较好的热稳定性和拉伸性能。在80℃时的PVA-BPIM-(CH2)5-35％膜的离子传导率最大，达到了69.27mS·cm-1。碱稳定性实验发现PVA-BPIM-(CH2)5-35％膜在1M NaOH水溶液中于60℃下浸泡720h后，OH-传导率仅降低了15％左右，显示出较好的耐碱稳定性。
碱性燃料电池;阴离子交换膜;咪唑鎓离子;制备工艺;性能表征
北京化工大学
硕士
化学
汪中明
2020
中文
TM911.4
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）