一、DMFC用磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与性能(论文文献综述)
范权[1](2021)在《热交联GO/FSPI质子交换膜制备及其性能研究》文中研究表明
鲁晨[2](2021)在《共聚型磺化芳香氧膦质子交换膜的合成与表征》文中进行了进一步梳理
崔魏东[3](2021)在《磺化聚苯醚酮类质子交换膜的高效复合过程与性能研究》文中研究说明以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFCs)由于具有结构设计简单、燃料更换方便、污染小等优势,在移动和便携式电源中具有广阔的实际应用前景,近年来备受关注。质子交换膜(Proton exchange membrane,PEMs)不仅起着隔离燃料的作用,而且还能够满足传递质子的需要,是DMFCs的重要组成部件。常见的PEMs材料主要包括:全氟磺酸系列膜(例如:Nafion),磺化芳香聚合物(例如:如磺化聚芳醚,磺化聚苯并吡唑,磺化聚酰亚胺)等等。全氟磺酸系列膜材料由于较高质子传导率和突出的综合性能成为目前最广泛使用的PEMs材料。然而,全氟磺酸系列膜材料也存在着众多缺陷,例如:制备工艺复杂,成本较高,氟污染严重,甲醇渗透率高等。此外,阳极催化剂的甲醇氧化动力学仍较低,这些因素严重阻碍了DMFCs的大规模商业应用。聚苯及其衍生物膜材料具有优异的热、化学稳定性和良好的机械性能,作为一种具有潜力的可替代全氟磺酸膜的新型PEMs材料被广泛关注。本论文以降低甲醇渗透为目标,首先设计并合成了磺化聚苯醚酮类聚合物膜材料,分别将其与全氟磺酸树酯(Nafion)和磺化三嗪类纳米片(SCTF)进行复合,制备了系列新型磺化聚苯醚酮类(本论文主要以SPP-3为原料)复合PEMs材料,并分别对其机械性能、热学性能、化学稳定性、质子传导率以及甲醇燃料电池性能等,进行了一系列表征和测试。具体的研究内容包括以下三个方面:1、首先,制备了含间位醚键的氰基双氯单体,并使其在Ni(0)催化条件下与磺化2,5-二氯二苯甲酮单体通过偶联反应制备得到了磺化聚苯醚酮(SPP-3)材料。然后,利用制得的SPP-3材料与适当含量的Nafion树酯共混成膜,成功制备了交联型PEMs材料。该交联膜制备方法特点是,既利用了全氟磺酸膜(Nafion)是超酸,能够催化氰基三聚成三嗪环结构,也充分利用了Nafion非挥发性的特性。与传统的利用三氟甲烷磺酸法制备含三嗪环结构的方法显着不同。制备得到的交联型PEMs材料表现出良好的机械性能、氧化稳定性和尺寸稳定性。膜内交联网络的形成是其阻醇性能得到改善的主要原因。2、采用微界面法和后磺化法制备了磺化共价三嗪骨架(SCTF)纳米片,该纳米片在水和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等极性溶液中展现出良好的分散性。然后将SCTF纳米片与上述制备得到的磺化磺化聚苯醚酮(SPP-3)树脂共混成膜,制备了系列复合质子交换膜(SCTF-x@SPP-3,x代表纳米片的含量)。研究结果表明,基于SCTF与聚合物基体之间良好的界面相容性,使得该系列复合膜材料具有良好的质子/甲醇选择性,适当添加SCTF可以显着提高膜的质子电导率、热力学性能和直接甲醇燃料电池性能。3、质子电导率、甲醇渗透率是评价被动式DMFC单电池性能的综合因素。对上述制备的Nafion-x@SPP-3交联型质子交换膜与SCTF-x@SPP-3纳米复合型质子交换膜,分别进行了直接甲醇燃料电池性能的测试。研究结果显示,在相同条件下Nafion-30%@SPP-3交联膜的最大功率密度为29.8 m A cm-2,比SPP-3(27.1 m A cm-2)高出10%。SCTF-7.5@SPP-3复合膜的最大功率密度为33.3 m A cm-2,比SPP-3(27.1m A cm-2)高出23%。由此可见,适当交联策略的运用或界面兼容纳米材料的选取,不仅可以显着改善PEMs材料的质子选择透过性,进而有效改善DMFCs的电池性能,同时也是实现PEMs材料高效复合过程的有效方法。
张振国[4](2021)在《功能化金属有机框架/磺化聚芳醚酮砜复合型质子交换膜的制备及性能研究》文中研究说明磺化芳香类聚合物具有良好的热力学稳定性和传导性能,有望成为替代Nafion?膜的质子交换膜(PEMs)材料。一般来说,提高磺化芳香类聚合物的磺化度可以获得高的质子传导率,但是其化学稳定性和机械性能会降低。因此,需要对磺化芳香类聚合物进行改性以获得高质子传导率和良好的力学性能的平衡。有机-无机共混改性是一种常用的改性方法。近年来,金属有机框架(MOFs)作为一种新兴的有机-无机杂化材料引起了研究人员的注意。MOFs是由金属离子或金属氧簇与有机配体配位形成的一种多孔材料。MOFs可调节的框架结构、孔径、表面性质、粒径和可控的客体分子以及丰富的活性位点为其在质子传导领域带来了广泛的关注。MOFs中的功能基团如羧基、羟基等可以形成氢键网络,构建新的质子传输通道。MOFs多孔的结构还可以容纳作为质子载体的客体分子进一步提高质子传输效率。但是,MOFs材料难以成型,很难直接作为质子交换膜材料使用。因此,将聚合物基质与MOFs材料结合制备为有机-无机复合型质子交换膜材料得到了人们的关注。本文选取含羧基的磺化聚芳醚酮砜(C-SPAEKS)作为聚合物基体,合成了不同功能化的MOFs填料,并将其引入到C-SPAEKS中,研究了复合膜中MOFs材料的引入对其各项性能的影响。本文首先采用亲核缩聚法制备了C-SPAEKS聚合物。以过量的甲酸为调节剂,采用溶剂热法合成了具有结构缺陷的MOF-801。这些结构缺陷使MOF-801具有较高的比表面积(2476.34 m2 g-1)。将带有结构缺陷的MOF-801引入到C-SPAEKS中制备了有机-无机复合型质子交换膜。MOF-801和C-SPAEKS之间形成的氢键网络促进了MOF-801在复合膜中的分散,提高了复合膜的质子传导性能。所制备的复合膜具有较好的化学稳定性和热稳定性,同时,复合膜在90 oC和100%相对湿度时的质子传导率最高达到了0.100 S cm-1,与Nafion 117膜的性能相仿。为了进一步提高质子传输能力,我们以MOF-801为模板合成了两种咪唑功能化的MOFs。以合成的咪唑功能化的MOFs为填料,C-SPAEKS为有机基体,制备了复合膜。通过XRD、FT-IR和SEM等对制备的MOFs及复合膜的结构和形貌进行了表征。所制备的复合膜的质子传导率在90 oC和全湿条件下为0.050~0.128 S cm-1。除了咪唑外,磷钨酸也可以作为质子载体。因此,我们还采用原位水热法合成了负载磷钨酸的MIL-100(Fe)(HPW@MIL-100(Fe))。由于MIL-100(Fe)的大的介孔笼和小的微孔窗,可以很好地将HPW固载在MIL-100(Fe)的空腔中。此外,将HPW@MIL-100(Fe)引入C-SPAEKS中,制备了复合膜。对膜的结构和性能进行了表征。HPW@MIL-100(Fe)空腔中大量的磷钨酸可以提高复合膜的质子传导率。添加4%含量的HPW@MIL-100(Fe)的复合膜在80 oC和100%RH条件下质子传导率为0.072 S cm-1。同时,引入HPW@MIL-100(Fe)填料提高了复合膜的尺寸稳定性,在80 oC时复合膜的溶胀率略低于C-SPAEKS。此外,我们还在HPW@MIL-100(Fe)的基础上,选择离子液体([EMIM][N(Tf)2])对其进行进一步的修饰。得到了磷钨酸-离子液体(HPW-ILs)改性的MIL-100(Fe)(HPW-ILs@MIL-100(Fe))。将其引入到聚合物基体中制备为复合膜。在100 oC和100%相对湿度下,该系列膜的质子传导率从0.043 S cm-1增加到0.138 S cm-1。此外,这些复合膜具有较好的力学性能,其杨氏模量为1884.73~2330.73 MPa,抗拉伸强度为39.82~48.72 MPa。同时,HPW-ILs@MOF-4还具有优异的电池性能,在80 oC,100%相对湿度下,其最大功率密度可达269.71m W/cm2。
普星彤[5](2021)在《用于质子交换膜燃料电池膜电极芳香烃类离聚物研究》文中研究说明膜电极(MEA)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,对质子交换膜燃料电池的性能起着决定性作用。膜电极中常用的全氟磺酸类质子交换膜(PEM)存在着成本高、制备工艺对环境不友好等问题,研究人员开发了一系列磺化聚芳烃类聚电解质材料作为质子交换膜,并取得了良好的效果。但催化剂层中烃类离聚物材料的开发和应用跟不上烃类质子交换膜的发展,一般使用与此类聚电解质膜化学结构不同的商用全氟磺酸型离聚物作为催化剂层(CL)离聚物,导致催化剂层与质子交换膜界面相容性变差,从而限制了烃类PEM燃料电池性能的提升。因此开发与膜同质且在特定溶剂中可溶的烃类离聚物,对于PEMFC的发展具有重大意义。本文中在第二章合成了几种能溶于水/异丙醇等低沸点质子溶剂的磺化聚芳醚类聚合物(SPAEK-C,SPAEK-TM,SPEEK),并用作PEMFC催化剂层离聚物,探究了离聚物结构对膜电极结构和性能的影响。从第二章的实验结果来看,虽然在烃类PEM燃料电池中引入烃类离聚物均能改善CL-PEM的界面相容性,降低甲醇燃料的渗透,但并不一定能提高燃料电池的性能,只有特定结构的烃类离聚物才能满足燃料电池催化剂层的需求。其中,主链骨架上带有两个对称性二甲基的SPAEK-TM离聚物更适用于芳香烃质子交换膜燃料电池催化剂层。SPAEK-TM基催化剂层展现出更高的比表面积和适宜的厚度,同时其催化剂的电化学活性面积(ECSA)高达50.36 m2/g Pt。优异的催化剂层结构和突出的电化学性能赋予了SPAEK-TM基MEA优良的单电池性能,其最大功率密度在直接甲醇燃料电池(DMFC)中为92 m W/cm2,氢空(H2/air)燃料电池中为514 m W/cm2,均优于以Nafion?为离聚物组装的膜电极(Nafion?-MEA)。同时SPAEK-TM离聚物的引入,改善了CL-PEM间的界面相容性,避免了长期运行后Nafion?-CL和聚芳醚类PEM间剥离的发生,有效地提高了燃料电池的稳定性和寿命。此外烃类离聚物引入会均能抑制甲醇燃料的渗透。根据第二章的相关结论,SPAEK-TM离聚物更适用于芳香烃质子交换膜燃料电池催化剂层。因此,在第三章中制备了一系列不同磺化度的SPAEK-TM离聚物,并应用在PEMFC催化剂层中,研究离聚物的磺化度与PEMFC的性能之间的关系。磺化度从0.6增大到1.4时,催化剂的ECSA逐渐增加,其中SPAEK-1.4的ECSA高达59.53 m2/g Pt。而单电池的输出功率却是SPAEK-1.2的最高,SPAEK-1.4稍有下降,这是因为磺化度过高时,阴极催化剂层的水管理变差,损失了部分催化剂活性和电池功率。在相同条件的加速应力测试(AST)后,SPAEK-1.2-MEA的最大功率密度下降仅为8.56%,磺化度更高的SPAEK-1.4-MEA性能下降更明显,功率损失高达15.6%。上述结果说明,一定范围内离聚物磺化度增大,可以使催化剂层的质子传导能力提高,ECSA增加,电池输出功率提高,但进一步提高磺化度,反而会损害单电池的输出功率和稳定性。对于SPAEK离聚物而言,磺化度为1.2是一个较优的选择。根据前两章的结论,在第四章中,我们选择磺化度为1.2的SPAEK-TM作为离聚物粘结剂,并研究离聚物分子量对催化剂层和MEA性能的影响。所制备的四种SPAEK-TM离聚物与Pt/C形成的聚集体的尺寸随着分子量的增大而减小,催化剂层的厚度随离聚物分子增大而变薄。分子量增大改善了离聚物和催化剂之间的接触情况,有利于质子的传递,催化剂的ECSA和单电池最大功率密度也随之提高,其中SPAEK-90K性能最佳;但分子量进一步增大到140K g/mol时,ECSA和单电池性能明显下降,原因在于催化剂层过于致密,物质运输阻力增大。对比SPAEK-60K和SPAEK-90K,AST老化循环测试后,二者最大功率密度的下降程度接近,这说明分子量对电池稳定性的影响不明显。从前几章中可以看出,烃类离聚物的引入可以提高电池的输出功率,但这种高磺化度的聚芳醚类离聚物,使得催化剂的层疏水性变差,阴极催化剂层水淹现象更加严重。为了解决这一问题,第五章中我们在阴极催化剂层中加入疏水性聚四氟乙烯(PTFE)来优化阴极催化剂层的水管理,并探究了PTFE添加量对MEA性能的影响。根据第五章的实验,在催化剂层中添加少量的PTFE,能够在增加其疏水性的同时,不损失其ECSA。其中,添加20 wt%PTFE时,ECSA仍高达48.56 m2/g Pt,并且催化剂层也不会变厚而影响物质的运输。通过测试各MEA在H2/air电池中的极化曲线发现,MEA-20PT的最大功率密度从未添加PTFE时的514 m W/cm2提高到555 m W/cm2。同时,在3000圈AST老化循环后,最大功率密度仅下降4.32%,而未经疏水处理的MEA下降程度高达8.56%。在DMFC中也有相应的性能提升。但当添加更多的PTFE时,催化剂层变厚,孔结构被PTFE团聚体堵塞,ECSA明显下降,单电池的输出功率也降低,整体性能比未疏水处理时的更差。
张重阳[6](2021)在《聚芳醚酮基填充型复合质子交换膜的制备与性能研究》文中研究说明随着全球能源需求的不断增加,发展“清洁、环保、安全、高效”的能源已是大势所趋。作为燃料,甲醇具有能量密度高、储运方便且安全稳定、材料来源广泛、廉价易得等优点。直接甲醇燃料电池被认为是最有前途的清洁能源转换装置之一,具有简单便携、环境友好的特点,能够满足小型电子设备的使用需求。目前,燃料电池开发的技术挑战就是发展一种能量转化效率高、可持续使用的膜电极组件。膜电极通常由质子交换膜、催化层、气体扩散层及两极板组成。其中,质子交换膜作为其核心部件,对燃料电池的整体性能具有重要的影响。因此,设计构筑新型高性能质子交换膜材料至关重要。以美国杜邦公司生产的Nafion?为代表的全氟磺酸基聚合物是目前应用最广泛的质子交换膜材料,其独特的分子结构由类聚四氟乙烯的疏水性骨架和带有亲水性磺酸基封端的侧链组成。全氟化主链为聚合物提供化学稳定性,烷基磺酸侧链则能够聚集为离子簇,形成有效的质子传输网络。但是,此类全氟磺酸聚合物仍然存在反应动力学效率低、在高温低湿条件下材料的脱水效应和燃料渗透导致电池效率急剧下降等一系列问题。由此,质子交换膜的长效性能成为直接甲醇燃料电池难以大规模推广的难点之一。本论文针对现阶段全氟磺酸基聚合物电解质存在的高温下质子传导率低、结构稳定性差、燃料渗透严重等问题,基于聚芳醚酮树脂机械强度高、尺寸稳定性好的特点,对聚芳醚酮进行改性,构筑高稳定性的聚芳醚酮多孔基体(结晶型、嵌段型、共混改性、表面改性);将综合性能优异的聚电解质材料填充到聚芳醚酮多孔基体的孔隙中,制备兼具高阻醇性、尺寸稳定性及质子传导性的复合质子交换膜,大幅提升膜材料在高浓度直接甲醇燃料电池中的功率密度,并系统研究了复合膜的结构与电池性能间的关系。首先,通过可逆的化学改性反应将结晶型聚醚醚酮树脂制备成多孔薄膜,并与聚电解质材料磺化聚醚醚酮复合,制得结晶型多孔聚醚醚酮/磺化聚醚醚酮复合质子交换膜。多孔结构使质子传输基团堆积的更加紧密,并限制了分子链的溶胀效应,使复合膜的阻醇能力和尺寸稳定性得到了明显的改善,甲醇渗透率仅为3.2×10-7 cm2 s-1,溶胀率只有磺化聚醚醚酮均质膜的15%。同时,聚醚醚酮树脂优异的机械稳定性降低了膜厚度对电池性能的影响。研究复合膜(厚度为15μm)在10 M甲醇溶液中的单电池性能,其开路电压为0.53 V,最大功率密度为34.6m W cm-2,大约为磺化聚醚醚酮均质膜的2倍。相较于现用的商品化Nafion质子交换膜,该类型的复合膜有望提高电池的功率密度。为了进一步提高复合膜的质子传导率,设计合成了低磺化度的聚芳醚酮嵌段共聚物,将其制备成多孔膜基体,并利用聚电解质Nafion进行填充,制得嵌段型多孔磺化聚芳醚酮/Nafion复合质子交换膜。嵌段共聚物提供了明显的微相分离结构和较大的微观尺寸,能够吸收更多的水并缩短质子跳跃的距离,形成连续高效的离子通道,有助于质子在膜中的传导,并避免高磺化度导致的溶胀效应。复合膜在截面方向上表现出与Nafion相近的质子传导率0.086 S cm-1。同时,多孔基体的增强作用提高了Nafion基复合膜的机械性能和阻醇性能,最低甲醇渗透率为4.0×10-7 cm2 s-1。复合膜的最佳选择透过性为1.04×105 S s cm-3,在10M甲醇溶液中电池的开路电压为0.61 V,最大功率密度为46.8 m W cm-2。该类型质子交换膜的质子传导率较前述结晶型聚醚醚酮复合膜有一定提升,进一步提高了电池的功率密度。虽然制备的嵌段型聚合物多孔基体改善了传统孔填充复合膜的质子惰性基体造成的性能下降,但是为了保持质子传导率和甲醇渗透率之间的平衡,其质子传导能力仍然低于传统的均质质子交换膜。因此,制备具有低磺化度的聚醚醚酮改性剂,通过物理共混将其引入到结晶型聚醚醚酮多孔膜体系中,采用溶剂诱导法实现了多孔膜中亲水基团的重新排列,并与填充的聚电解质Nafion复合制得共混改性多孔聚醚醚酮/Nafion复合质子交换膜。溶剂诱导使聚合物的亲水性分子链段聚集在孔的周围,形成具有独特相分离结构的高度亲水性质子传输通道,提高了复合膜离子通道的选择透过性,在避免基体溶胀和燃料渗透的同时,改善其质子传导能力,使复合膜在高浓度甲醇溶液中的电池性能有了极大提高。在70℃、10 M甲醇燃料浓度条件下,电池的开路电压为0.67 V,最大功率密度为91.7 m W cm-2。该类型质子交换膜比前述嵌段型磺化聚芳醚酮复合膜表现出更高的质子传导能力,进一步提升了电池的功率密度。共混改性多孔基体制备的复合膜具有优异的质子传导能力和高效的选择透过性,在高浓度甲醇燃料中有效改善了电池性能。然而其基体磺化度受到制备过程的限制,不易调控。因此,进一步通过聚多巴胺/聚乙烯亚胺的共沉积反应对基于结晶型聚醚醚酮多孔膜的孔表面进行预改性,制备磷钨酸-离子液体复合功能化纳米改性剂,通过表面修饰方法将其引入到预改性的聚醚醚酮基体的孔表面,与填充的聚电解质Nafion制得表面改性的多孔聚醚醚酮/Nafion有机-无机复合质子交换膜。将纳米改性剂直接修饰到孔的表面赋予惰性基体传导质子的能力,同时由于离子液体中咪唑基团与磷钨酸的磺酸基、纳米改性剂中磺酸基与聚醚醚酮多孔基体表面的氨基间的静电相互作用,在复合膜内形成酸碱对低阻质子传递网络,能够降低质子传导活化能,提高复合膜的质子传导率(0.11 S cm-1),达到Nafion均质膜的水平,同时阻醇性远高于Nafion。电池性能研究表明,复合膜的开路电压为0.71 V,最大功率密度为107 m W cm-2,高于现有文献报道的填充型复合膜制备的直接甲醇燃料电池的功率密度。本论文研究工作为解决聚电解质材料面临的质子传导和甲醇渗透相互制约的问题,设计构筑阻醇型质子交换膜提供了新的思路与途径。
张正东[7](2021)在《含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究》文中认为质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部件,有阻隔燃料与电解质和作为质子传导介质的双重作用。杜邦公司生产的Nafion膜因其优异的质子电导率和化学稳定性而成为商业化的质子交换膜。然而Nafion全氟磺酸膜制备工艺复杂且价格昂贵,阻碍了其在燃料电池上的广泛应用。磺化非氟类聚合物膜因为优异的质子电导率、聚合物结构可设计性、良好的热稳定性和化学稳定性成为PEM研究的重中之重。其中磺化聚酰亚胺(SPI)因其良好的质子电导率、机械性能和热稳定性,成本较Nafion低廉,非氟材料环境友好等特点成为优质的质子交换膜材料。研究表明含咪唑基团的磺化聚合物有着出色的抗自由基氧化稳定性,有醚键的磺化聚合物膜有着更加出色的柔韧性。本文从聚合物结构设计出发,设计合成了新型含咪唑基和醚键的非磺化二胺单体,即2-(4’-(4-氨基苯氧基)-[1,1’-联苯]-4-基)-6-氨基-1H-苯并咪唑(AABBI),通过无规共聚制备不同配比的SPI。从中筛选出综合性能较好的SPI,分别与木质素磺酸钠(SLS)和磺化介孔二氧化硅(SMCM)共混,制备SPI/SLS和SPI/SMCM质子交换复合膜。合成了新型含咪唑基的非磺化二胺单体,利用该非磺化二胺单体与1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)和市售磺化二胺单体2,2’-双磺酸联苯胺(BDSA)无规共聚,在不同的二胺摩尔比下(BDSA/AABBI=2/1,4/1)制备了两种SPI。通过对SPI质子交换膜性能的表征,筛选出综合性能最佳的膜为SPI(NTDA-BDSA/AABBI(2:1))质子交换膜。SPI(NTDABDSA/AABBI(2:1))膜的离子交换容量为2.01 meq/g,在90℃完全水合状态下质子电导率为0.238 S/cm,拉伸强度达到39 MPa,是Nafion117膜的1.46倍。SPI(NTDA-BDSA/AABBI(2:1))膜在80℃的Fenton试剂完全溶解时间为580min,在80℃的水解稳定性大于360h。研究表明AABBI的加入改善了常用市售单体BDSA合成SPI膜的抗自由基氧化稳定性、热稳定性、柔韧性和水解稳定性。选用综合性能最佳SPI膜NTDA-BDSA/AABBI(2:1)与木质素磺酸钠共混,制备了一系列SPI/SLS(5%、10%、15%、20%)复合膜。低掺杂量SLS的引入提高了SPI/SLS复合膜的机械性能,其中SPI/SLS-10%复合膜的拉伸强度55.0 MPa,是纯SPI膜的1.40倍,是Nafion117膜的2.06倍。SLS的引入提高了所有SPI/SLS复合膜的IEC和含水率。由于SLS的吸水和自身溶胀,SPI/SLS复合膜厚度方向和平面方向上的溶胀上升,导致尺寸稳定性下降。SLS在高掺杂量(15 wt.%-20 wt.%)时抗自由基氧化稳定性和水解稳定性有所降低。SLS增加的羟基和磺酸基使SPI/SLS复合膜的亲水区域增加,羟基与SPI上的磺酸基形成的氢键,加强了质子跳跃,增加了质子传导速率。其中SPI/SLS-20%复合膜在90°C质子电导率达到了0.299 S/cm,是纯SPI膜的1.26倍。综合性能最优的是SPI/SLS-10%复合膜。SPI/SLS-10%复合膜在90°C质子电导率达到了0.282 S/cm,是纯SPI膜的1.18倍。SPI/SLS-10%复合膜拉伸强度达到55.0 MPa,是纯SPI膜的1.40倍,是Nafion117膜的2.06倍。由于SLS的吸水和自身溶胀,SPI/SLS-10%复合膜在室温下厚度方向上和平面方向上的溶胀增大,降低了其的尺寸稳定性。SPI/SLS-10%复合膜水解稳定性与纯SPI膜相同,抗自由基氧化稳定性和纯SPI膜相比稍有下降。选用综合性能最佳SPI膜NTDA-BDSA/AABBI(2:1)和磺化介孔二氧化硅共混,制备了一系列SPI/SMCM(2%、4%、6%、8%、10%)复合膜。低掺杂量SMCM的引入提高了SPI/SMCM复合膜的机械性能,其中SPI/SMCM-2%复合膜的拉伸强度(46.2 MPa),是纯SPI膜的1.18倍,是Nafion117膜的1.73倍。SMCM的引入提高了SPI/SMCM复合膜(2wt.%-10wt.%)的含水率。SMCM的引入导致聚合物链的刚性形成,导致SPI/SMCM复合膜断裂伸长率降低。SMCM的引入在SPI/SMCM膜内形成支撑结构抑制了SPI/SMCM复合膜(2wt.%-10wt.%)的厚度方向上的溶胀,提高了复合膜的尺寸稳定性。SMCM在高掺杂量(8 wt.%-10 wt.%)时抗自由基氧化稳定性和水解稳定性有所降低。SMCM增加的磺酸基使SPI/SMCM复合膜的亲水区域增加,使质子传导的离子簇通道更多,增加了质子传导速率;同时SMCM的引入,还可以在杂化膜中形成可供质子传输的辅助通道,提高了复合膜的质子电导率。其中SPI/SLS-20%复合膜在90°C质子电导率达到了0.330 S/cm,是纯SPI膜的1.39倍。综合性能最优的是SPI/SMCM-4%复合膜。SPI/SMCM-4%复合膜在90°C质子电导率达到了0.259 S/cm,是纯SPI膜的1.09倍。SPI/SMCM-4%复合膜在室温下厚度上的溶胀为0.63倍,提高了其的尺寸稳定性。SPI/SMCM-4%复合膜拉伸强度37.1 MPa,是Nafion膜的1.39倍。SPI/SMCM-4%复合膜水解稳定性与纯SPI膜相同,抗自由基氧化稳定性和纯SPI膜相比稍有下降。
李炎[8](2021)在《磺化聚合物/木质素磺酸复合质子交换膜的制备及性能研究》文中提出质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量密度大、转化效率高、环境污染小、燃料来源广泛、成本低廉等优点,是极具发展前景的清洁能源。质子交换膜(PEM)是PEMFC最重要的组成部分,目前市场上的全氟磺酸质子交换膜虽然具有优异的物理化学性能,但其价格昂贵、工艺复杂,使用温度范围窄且燃料渗透严重。因此,探寻价格低廉、易于合成、机械强度高、热稳定性良好的全氟磺酸质子交换膜替代材料成为研究热点。本研究选择聚醚醚酮(PEEK)为质子交换膜基质材料,首先通过磺化反应向PEEK中引入一定量的-SO3H得到磺化聚醚醚酮(SPEEK),然后与木质素磺酸(LS)混合,通过流延成膜法制备出厚度均匀的SPEEK/LS复合膜。对复合膜的化学组成和形貌进行了表征并对LS对复合膜的质子传导率、力学性能、甲醇渗透性、氧化稳定性等性能的影响进行了研究。结果表明,含-SO3H的LS明显提高了复合膜的质子传导率。在80℃下,含15%LS的SPEEK/LS复合膜质子传导率为0.243 S/cm,高于同条件下Nafion膜的0.105 S/cm在燃料渗透性能方面,纯SPEEK膜的甲醇渗透性为9.122×10-9cm2/S,SPEEK/LS复合膜的甲醇渗透性为4.199×10-9cm2/S,相较于Nafion膜的2.540×10-6cm2/S小了几个数量级。复合膜的拉伸强度随LS含量的升高而下降,由纯SPEEK膜的32.4 MPa降至20%LS含量的18.5 MPa,氧化稳定性也随着LS含量的增加而降低。说明随着亲水性的LS含量不断提高,复合膜的尺寸稳定性有所下降,添加至20%LS含量时复合膜尺寸稳定性急剧降低,在80℃芬顿溶液内全部溶解。为了改善因掺入LS后导致的复合质子交换膜部分性能降低的问题,同时保证复合膜良好的离子交换容量和质子传导能力,本课题选用纤维素纳米晶体(CNC)为添加剂,以提高复合膜的综合性能。CNC具有吸附能力强、机械强度高等优点。此外,CNC中含有的大量呈亲水性的-OH,一方面可以提高复合膜的吸水性,进一步提升质子传导率;另一方面,-OH与-SO3H在复合膜中同时形成离子簇和氢键网络,使得质子既可以按照跳跃机理进行传导,又可以按照车载机理进行传导,增加了质子的传导路径,提高质子传导率。研究结果表明,SPEEK/LS/CNC复合膜的质子传导率从0.232 S/cm提高至0.285 S/cm。同时,由于缠结的纳米纤维网抑制了分子链的运动,且CNC与聚合物分子链的界面相互作用,有效的将应力分散转移并且在聚合物基体和CNC之间进行传递,减少了应力集中现象的出现,添加CNC的含量为5%时,SPEEK/LS/CNC复合膜的拉伸强度为28.1 MPa,相较于不添加CNC的SPEEK/LS复合膜的拉伸强度提高了52%。在80℃下的芬顿溶液内膜的质量损失率为42.15%,氧化稳定性明显提高。
龙俊[9](2021)在《支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究》文中研究指明全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有可调整的功率和容量、快速的反应时间、长循环寿命、高安全性和可靠性及环境友好等特性,被视为是一种有前景的大型储能系统。作为VRFB中的关键组成部件之一,隔膜不仅需要抑制钒离子的交叉渗透,并且需要传输质子形成通路。迄今为止,全氟磺酸Nafion系列膜因其优异的化学稳定性和质子导电率而被广泛应用于VRFB。然而,其在VRFB中大规模的商业应用前景受制于高昂的成本、严重的水迁移现象和钒离子渗透率等缺点。因此,亟需开发具有优异的阻钒性能和化学稳定性、杰出的质子选择性和低廉的成本等优点的理想VRFB用隔膜材料。论文采用分子结构设计和共混改性的方法制备了一系列基于支化聚酰亚胺(bSPI)高分子的隔膜材料,并研究了它们的理化性能及VRFB性能。主要研究内容如下:(1)以甲基纤维素和1,4-丁烷磺内酯为原料,通过开环接枝反应合成了新型功能填料磺化甲基纤维素(s-MC)。此外,以1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAPOB)、2,2-双[4-(4-氨基苯基氧基)苯基]丙烷(BAPP)以及2,2′-双磺酸联苯胺(BDSA)单体为原料,控制s-MC填料的比例,制备了一系列不同s-MC含量的bSPI/s-MC复合膜。根据各项表征结果,bSPI/s-MC复合膜的阻钒性能明显优于Nafion 115膜,因此bSPI/s-MC系列复合膜的质子选择性均高于Nafion115膜。其中,bSPI/s-MC-20%复合膜展现出最为优异的综合理化性能。此外,在130-40 mA cm-2下,相较于Nafion 115膜,装配bSPI/s-MC-20%复合膜的VRFB单电池展现出更长的开路电压(OCV)时间,更高的容量保留率,库伦效率(CE)和能量效率(EE)。(2)通过亲核取代反应、氰基水解反应和分子内脱水反应,以间苯三酚和4-硝基邻苯二甲腈等原料成功合成了支化三酐单体:1,3,5-三(3,4-酸酐苯氧基)苯(TADPOB)。通过传统的高温缩聚反应,调控TFAPOB和BDSA两种单体的比例,制备了双支化节SPI(dbSPI-x)膜。dbSPI-x膜的阻钒性能十分优异,且dbSPI-50膜的质子选择性约为Nafion 212膜的68倍。在VRFB单电池循环性能测试中:在相同的电流密度下,装配dbSPI-50膜的VRFB的CE,EE和容量保留率均高于装配Nafion212膜的电池。此外,dbSPI-50膜的成本(107.50$m-2)仅为Nafion 212膜的九分之一。(3)以TFAPOB、BDSA、BAPP和NTDA为原料制备了不同磺化度的含氟支化SPI(fbSPI-x)膜。根据各项表征结果:fbSPI-x膜展现出较Nafion 212膜低的钒离子渗透率,其中,fbSPI-50膜具的质子选择性约为Nafion 212膜的4.18倍。在电流密度180-120 mA cm-2下,fbSPI-50膜的容量保留率(85.3-91.8%)高于Nafion 212膜(63.3-73.1%),且展现了良好的循环稳定性。
李智杰[10](2021)在《新型聚芳醚砜的制备与性能研究》文中认为聚芳醚砜是特种工程塑料的重要品种之一,具有优异的耐化学药品性、生物相容性、光学、力学、热学、介电等性能,在航天航空、电子电器、医疗器械、分离膜等领域有广泛的应用。但随着近年来新技术的涌现和发展,对材料的性能提出了更高的要求。结构决定性能,分子结构改性是制备新型聚芳醚砜提升其综合性能的有效途径。本文通过双酚A、4,4’-二氯二苯砜分别与对苯二酚、邻甲基对苯二酚、叔丁基对苯二酚和2,5-二叔丁基对苯二酚共聚,制备的新型聚芳醚砜树脂及薄膜分别记作BHD、BMD、BTD和BDD型;双酚AF、4,4’-二氯二苯砜分别与对苯二酚、叔丁基对苯二酚和2,5-二叔丁基对苯二酚共聚制备新型聚芳醚砜树脂及薄膜,分别记作FHD、FTD和FDD型,并通过红外表征确定了结构。每种新型聚芳醚砜通过调整二元酚的比例,各包含数个配方。探究了各新型聚芳醚砜不同二元酚比例及不同分子结构对溶液黏度、薄膜力学、光学、热学、介电、表面性能和疏水性的影响。分子结构对各项性能的影响如下:双酚A或双酚AF由于含有柔性键,其含量较高的配方,薄膜的断裂伸长率一般更高,但玻璃化转变温度随含量的增加而表现为下降的趋势。BHD型聚芳醚砜介电、光学、表面性能和疏水性一般,其它性能较为良好;FHD型由于在分子主链中引入了耐热性能强的三氟甲基,耐热稳定性在七种新型聚芳醚砜中最为优异,且三氟甲基极性低、空间位阻大,相较BHD型,薄膜的光学、介电、表面性能和疏水性随主链中三氟甲基含量的增加而有明显的提升,机械强度则因三氟甲基的引入而有所下降;BMD型在主链中引入了苯甲基,溶液黏度较大,力学性能较好,与BHD型相比其它性能相差不大;BTD型在主链中引入了空间位阻较大的叔丁基,薄膜的介电性能和疏水性优于FHD型,光学性能则介于BHD型和FHD型间,但叔丁基耐热性差,耐热性能随主链中叔丁基含量的增加而下降,低于其它主链不含叔丁基的聚芳醚砜,且叔丁基的引入对薄膜力学性能不利;FTD型分子主链中叔丁基和三氟甲基协同发挥作用,较FHD型、BTD型等,进一步提升了聚芳醚砜的光学、介电、表面性能和疏水性,且三氟甲基优异的耐热性能弥补了叔丁基耐热性差的缺陷,FTD型仍具有优异的耐热稳定性;以2,5-二叔丁基对苯二酚为共聚单元的BDD型和FDD型,其溶液黏度和力学性能随2,5-二叔丁基对苯二酚含量的增加而大幅下降,以至于其含量过高时因聚合度不足而无法成膜,其它性能则较为优异。综合而言,FTD型聚芳醚砜的综合性能最为优异,30℃时的黏度高于5.42 P,薄膜的最高透光率可达90.85%,其三元聚合物的玻璃化转变温度、热分解温度和800℃残炭率最高为207.84℃、508.15℃和49.42%,介电常数和介质损耗分别低于2.94、0.60%,表面性能和疏水性优异,力学性能较为良好。
二、DMFC用磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与性能(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、DMFC用磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与性能(论文提纲范文)
(3)磺化聚苯醚酮类质子交换膜的高效复合过程与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 质子交换膜燃料电池 |
1.3 质子交换膜 |
1.4 质子交换膜的分类与合成 |
1.4.1 磺化聚苯(对位)及其衍生物 |
1.4.2 磺化聚苯(间位)及其衍生物 |
1.4.3 膦基聚苯(间位) |
1.5 芳香族聚合物基质子交换膜的种类 |
1.5.1 聚芳醚酮(PAEK) |
1.5.2 聚酰亚胺(PI) |
1.5.3 聚醚砜(PES)和聚砜(PSF) |
1.5.4 聚苯并咪唑(PBI) |
1.6 质子交换膜改性 |
1.6.1 复合质子交换膜 |
1.6.2 复合高温质子交换膜 |
1.6.3 阻醇型质子交换膜 |
1.7 纳米填充复合膜 |
1.7.1 GO纳米复合膜 |
1.7.2 聚苯并咪唑(PBI)纳米复合膜 |
1.7.3 一维纳米线复合膜 |
1.7.4 3D或分级纳米线复合膜 |
1.8 全氟磺酸质子交换膜中的质子传递机理与甲醇渗透机理 |
1.9 本论文设计 |
第二章 Nafion-x@SPP-3 交联型质子交换膜 |
2.1 引言 |
2.2 Nafion-x@SPP-3 的制备 |
2.2.1 实验药品 |
2.2.2 实验仪器 |
2.2.3 实验部分 |
2.2.4 质子交换膜的表征 |
2.3 结果与表征 |
2.3.1 聚合物的SPP-3 合成与表征 |
2.3.2 Nafion-x@SPP-3 的制备与表征 |
2.3.3 热力学性能 |
2.3.4 .质子电导率和甲醇燃料电池性能 |
2.4 本章小结 |
第三章 SCTF-x@SPP-3 纳米复合质子交换膜 |
3.1 引言 |
3.2 SCTF-x@SPP-3 的制备 |
3.2.1 实验药品 |
3.2.2 实验仪器 |
3.2.3 实验部分 |
3.2.4 质子交换膜的表征 |
3.3 结果与表征 |
3.3.1 SCTF纳米片的合成与表征 |
3.3.2 纳米复合质子交换膜(SCTF-x@SPP-3)的制备与表征 |
3.3.3 热力学性能和机械性能 |
3.3.4 IEC,吸水率(WU)和溶胀率(SR) |
3.3.5 质子电导率、氧化稳定性和甲醇渗透性 |
3.3.6 直接甲醇燃料电池性能 |
3.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间主要研究成果 |
作者及导师简介 |
(4)功能化金属有机框架/磺化聚芳醚酮砜复合型质子交换膜的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 燃料电池概况 |
1.2.1 燃料电池的工作原理 |
1.2.2 燃料电池的种类和特点 |
1.3 质子交换膜燃料电池 |
1.4 质子交换膜 |
1.4.1 质子交换膜的种类 |
1.4.1.1 全氟磺酸质子交换膜 |
1.4.1.2 部分氟化质子交换膜 |
1.4.1.3 无氟磺化芳香族质子交换膜 |
1.4.2 质子交换膜的改性方法 |
1.4.2.1 有机/无机改性 |
1.4.2.2 酸/碱复合改性 |
1.4.2.3 交联改性 |
1.5 金属有机框架 |
1.5.1 金属有机框架简介 |
1.5.2 具有质子传导能力的金属有机框架 |
1.6 本文的研究思路 |
第2章 具有结构缺陷的MOF-801/磺化聚芳醚酮砜复合膜的制备与性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验原料 |
2.2.2 具有结构缺陷的MOF-801 的合成 |
2.2.3 聚合物的制备 |
2.2.4 复合膜的制备 |
2.2.5 测试与表征方法 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 MOF-801 的合成与表征 |
2.3.2 复合膜的结构表征 |
2.3.3 复合膜的形貌表征 |
2.3.4 复合膜的机械性能 |
2.3.5 复合膜的热稳定性 |
2.3.6 复合膜的氧化稳定性 |
2.3.7 复合膜的离子交换容量 |
2.3.8 复合膜的吸水率和溶胀率 |
2.3.9 复合膜的质子传导率 |
2.3.10 复合膜的DMFC性能 |
2.4 本章小结 |
第3章 咪唑功能化MOF-801/磺化聚芳醚酮砜复合膜的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验原料 |
3.2.2 Im@MOF-801 和Im-MOF-801 的合成 |
3.2.3 聚合物的制备 |
3.2.4 复合膜的制备 |
3.2.5 测试与表征方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Im@MOF-801 和Im-MOF-801 的合成与表征 |
3.3.2 复合膜的结构表征 |
3.3.3 复合膜的形貌表征 |
3.3.4 复合膜的机械性能 |
3.3.5 复合膜的热稳定性 |
3.3.6 复合膜的离子交换容量和吸水率 |
3.3.7 复合膜的质子传导率 |
3.3.8 复合膜的DMFC性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 负载磷钨酸的MIL-100/磺化聚芳醚酮砜复合膜的制备与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验原料 |
4.2.2 MIL-100(Fe)和HPW@MIL-100(Fe)的合成 |
4.2.3 聚合物的制备 |
4.2.4 复合膜的制备 |
4.2.5 测试与表征方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 MIL-100(Fe)和HPW@MIL-100(Fe)的合成与表征 |
4.3.2 复合膜的结构表征 |
4.3.3 复合膜的形貌表征 |
4.3.4 复合膜的热稳定性 |
4.3.5 复合膜的氧化稳定性 |
4.3.6 复合膜的离子交换容量 |
4.3.7 复合膜的吸水率和溶胀率 |
4.3.8 复合膜的质子传导率 |
4.4 本章小结 |
第5章 HPW-ILs@MIL-100/磺化聚芳醚酮砜复合膜的制备与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 实验原料 |
5.2.2 HPW-ILs@MIL-100(Fe)的合成 |
5.2.3 聚合物的制备 |
5.2.4 复合膜的制备 |
5.2.5 测试与表征方法 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 HPW-ILs@MIL-100(Fe)的合成与表征 |
5.3.2 复合膜的结构表征 |
5.3.3 复合膜的形貌表征 |
5.3.4 复合膜的热稳定性 |
5.3.5 复合膜的机械性能 |
5.3.6 复合膜的氧化稳定性 |
5.3.7 复合膜的离子交换容量 |
5.3.8 复合膜的吸水率和溶胀率 |
5.3.9 复合膜的质子传导率 |
5.3.10 复合膜的PEMFC性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
作者简介 |
攻读硕士学位期间研究成果 |
(5)用于质子交换膜燃料电池膜电极芳香烃类离聚物研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
引言 |
1.1 燃料电池 |
1.1.1 燃料电池发展历史与现状 |
1.1.2 燃料电池分类 |
1.2 质子交换膜燃料电池 |
1.3 直接甲醇燃料电池 |
1.4 燃料电池膜电极 |
1.4.1 质子交换膜 |
1.4.2 气体扩散层 |
1.4.3 催化剂层 |
1.4.4 燃料电池膜电极制备 |
1.5 离聚物 |
1.5.1 全氟磺酸离聚物 |
1.5.2 烃类离聚物 |
1.5.3 离聚物含量 |
1.5.4 离聚物离子交换容量 |
1.5.5 离聚物的分散介质 |
1.5.6 催化剂层中的添加剂或造孔剂 |
1.5.7 离聚物耐久性 |
1.6 论文设计思想 |
第二章 烃类离聚物结构对PEMFC的影响 |
2.1 引言 |
2.2 实验试剂 |
2.3 实验方法和步骤 |
2.3.1 离聚物溶液的制备 |
2.3.2 催化剂浆料及CCM准备 |
2.3.3 单电池组装 |
2.4 实验测试及表征 |
2.4.1 离聚物材料表征 |
2.4.2 膜电极催化剂层表征 |
2.4.3 膜电极的电化学性能评价 |
2.5 结果与讨论 |
2.5.1 离聚物质子传导率 |
2.5.2 膜电极催化剂层表征 |
2.5.3 MEA电化学性能 |
2.6 本章小结 |
第三章 离聚物磺化度对PEMFC的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验试剂 |
3.3 实验方法和步骤 |
3.3.1 不同磺化度SPAEK-TM的合成 |
3.4 实验测试与表征 |
3.4.1 核磁共振氢谱测试(~1H NMR) |
3.4.2 水接触角测试(Contact Angle measurement) |
3.5 实验结果与讨论 |
3.5.1 不同磺化度SPAEK的表征 |
3.5.2 阴极催化剂层亲疏水性分析 |
3.5.3 膜电极电化学分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 离聚物分子量对MEA性能的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验试剂 |
4.3 实验方法与步骤 |
4.3.1 不同分子量SPAEK-TM的合成 |
4.4 实验测试与表征 |
4.4.1 凝胶色谱(GPC)测试 |
4.5 实验结果与分析 |
4.5.1 不同分子量SPAEK-y的表征 |
4.5.2 离聚物分子量对催化剂层结构的影响 |
4.5.3 离聚物分子量对ECSA的影响 |
4.5.4 离聚物分子量对单电池性能的影响 |
4.5.5 离聚物分子量对MEA交流阻抗谱的影响 |
4.5.6 离聚物分子量对MEA稳定性的影响 |
4.6 结论 |
第五章 阴极催化剂层疏水处理对MEA性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验试剂与仪器 |
5.3 实验步骤与方法 |
5.3.1 疏水性MEA的制备 |
5.4 实验测试与表征 |
5.5 实验结果与分析 |
5.5.1 PTFE含量对阴极催化剂层形貌结构的影响 |
5.5.2 PTFE含量对阴极催化剂层疏水性的影响 |
5.5.3 PTFE含量对催化剂ECSA的影响 |
5.5.4 PTFE含量对单电池性能的影响 |
5.5.5 PTFE含量对MEA交流阻抗的影响 |
5.5.6 PTFE对 MEA寿命的影响 |
5.6 结论 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(6)聚芳醚酮基填充型复合质子交换膜的制备与性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 直接甲醇燃料电池 |
1.2.1 直接甲醇燃料电池的特点 |
1.2.2 直接甲醇燃料电池的发展现状 |
1.2.3 直接甲醇燃料电池存在的问题 |
1.3 直接甲醇燃料电池隔膜 |
1.3.1 直接甲醇燃料电池隔膜的特点 |
1.3.2 直接甲醇燃料电池隔膜的分类 |
1.4 本论文设计思想 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验原料与试剂 |
2.2 实验仪器与测试方法 |
2.2.1 结构测试 |
2.2.2 微观形貌测试 |
2.2.3 热性能测试 |
2.2.4 力学性能测试 |
2.2.5 氧化稳定性测试 |
2.2.6 孔隙率和填充率测试 |
2.2.7 离子交换容量(IEC) |
2.2.8 尺寸稳定性测试 |
2.2.9 质子传导率测试 |
2.2.10 甲醇渗透率测试 |
2.2.11 选择透过性测试 |
2.2.12 单电池性能测试 |
第3章 结晶型多孔聚醚醚酮/磺化聚醚醚酮复合质子交换膜的制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 聚醚醚酮多孔基体的制备 |
3.2.2 复合膜的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 聚合物的合成表征 |
3.3.2 复合膜的微观形貌 |
3.3.3 复合膜的基本性能 |
3.3.4 复合膜的尺寸稳定性能 |
3.3.5 复合膜的质子传导性能 |
3.3.6 复合膜的阻醇性能 |
3.3.7 复合膜的单电池性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 嵌段型多孔磺化聚芳醚酮/Nafion复合质子交换膜的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 多孔磺化聚芳醚酮基体的制备 |
4.2.2 复合膜的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 聚合物的合成表征 |
4.3.2 复合膜的微观形貌 |
4.3.3 复合膜的基本性能 |
4.3.4 复合膜的尺寸稳定性能 |
4.3.5 复合膜的质子传导性能 |
4.3.6 复合膜的阻醇性能 |
4.3.7 复合膜的单电池性能 |
4.4 本章小结 |
第5章 共混改性多孔聚醚醚酮/Nafion复合质子交换膜的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 聚醚醚酮/磺化聚醚醚酮多孔基体的制备 |
5.2.2 复合膜的制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 聚合物的合成表征 |
5.3.2 复合膜的微观形貌 |
5.3.3 复合膜的基本性能 |
5.3.4 复合膜的尺寸稳定性能 |
5.3.5 复合膜的质子传导性能 |
5.3.6 复合膜的阻醇性能 |
5.3.7 复合膜的单电池性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 表面改性多孔聚醚醚酮/Nafion复合质子交换膜的制备及性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 PWA-IL改性聚醚醚酮多孔基体的制备 |
6.2.2 复合膜的制备 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 复合纳米改性剂PWA-IL的合成表征 |
6.3.2 复合膜的微观形貌 |
6.3.3 复合膜的基本性能 |
6.3.4 复合膜的尺寸稳定性能 |
6.3.5 复合膜的质子传导性能 |
6.3.6 复合膜的阻醇性能 |
6.3.7 复合膜的单电池性能 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论 |
参考文献 |
作者简介 |
攻读博士学位期间科研成果 |
致谢 |
(7)含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 质子交换膜燃料电池简介 |
1.2 质子交换膜研究进展 |
1.2.1 全氟磺酸质子交换膜 |
1.2.2 部分氟化质子交换膜 |
1.2.3 无氟化质子交换膜 |
1.3 磺化聚酰亚胺研究进展 |
1.3.1 磺化二胺单体对SPI性能影响研究 |
1.3.2 非磺化二胺单体对SPI性能影响研究 |
1.3.3 酸酐对SPI性能影响研究 |
1.3.4 交联SPI的研究 |
1.4 磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜研究进展 |
1.5 木质素磺酸盐质子交换复合膜研究进展 |
1.6 课题的提出及研究内容、目的和意义 |
2 含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备与性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验内容 |
2.2.1 实验原料与实验仪器 |
2.2.2 含咪唑基新非磺化二胺单体的制备 |
2.2.3 磺化聚酰亚胺的制备 |
2.2.4 磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备 |
2.2.5 表征与性能测试 |
2.3 结果讨论 |
2.3.1 非磺化二胺单体化学结构表征 |
2.3.2 SPI质子交换膜电镜分析 |
2.3.3 SPI质子交换膜热重分析 |
2.3.4 SPI质子交换膜力学性能分析 |
2.3.5 SPI质子交换膜IEC、含水率和溶胀度 |
2.3.6 SPI质子交换膜抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
2.3.7 SPI质子交换膜质子电导率分析 |
2.4 本章小结 |
3 磺化聚酰亚胺/木质素磺酸钠质子交换复合膜的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验内容 |
3.2.1 实验原料与实验仪器 |
3.2.2 磺化聚酰亚胺/木质素磺酸钠质子交换复合膜的制备 |
3.2.3 表征与性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 SPI/SLS质子交换复合膜溶剂选择 |
3.3.2 SPI/SLS质子交换复合膜红外光谱分析 |
3.3.3 SPI/SLS质子交换复合膜电镜分析 |
3.3.4 SPI/SLS质子交换复合膜热重分析 |
3.3.5 SPI/SLS质子交换复合膜力学性能分析 |
3.3.6 SPI/SLS质子交换复合膜IEC、含水率与溶胀度 |
3.3.7 SPI/SLS质子交换复合膜抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
3.3.8 SPI/SLS质子交换复合膜质子电导率分析 |
3.4 本章小结 |
4 磺化聚酰亚胺/磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜的制备与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验内容 |
4.2.1 实验原料与实验仪器 |
4.2.2 磺化介孔二氧化硅的合成 |
4.2.3 磺化聚酰亚胺/磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜的制备 |
4.2.4 表征与性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 SMCM化学结构表征 |
4.3.2 SPI/SMCM质子交换复合膜溶剂选择 |
4.3.3 SPI/SMCM质子交换复合膜红外光谱分析 |
4.3.4 SPI/SMCM质子交换复合膜电镜分析 |
4.3.5 SPI/SMCM质子交换复合膜热重分析 |
4.3.6 SPI/SMCM质子交换复合膜力学性能分析 |
4.3.7 SPI/SMCM质子交换复合膜IEC、含水率和溶胀度 |
4.3.8 SPI/SMCM质子交换复合膜的抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
4.3.9 SPI/SMCM质子交换复合膜质子电导率分析 |
4.4 本章小结 |
5 结论和展望 |
参考文献 |
攻读学位期间研究成果 |
致谢 |
(8)磺化聚合物/木质素磺酸复合质子交换膜的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 燃料电池简介 |
1.3 燃料电池分类 |
1.4 质子交换膜燃料电池 |
1.5 质子交换膜 |
1.5.1 质子交换膜简介 |
1.5.2质子交换膜中H~+传递机理 |
1.5.3 磺化聚芳醚类质子交换膜 |
1.5.4 改性材料的选择 |
1.6 木质素磺酸盐 |
1.7 纤维素纳米晶体 |
1.8 研究目的及意义 |
第2章 实验材料和方法 |
2.1 实验药品与仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 材料表征和性能测试方法 |
2.2.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR) |
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.3 力学性能分析 |
2.2.4 离子交换容量 |
2.2.5 吸水率与溶胀率 |
2.2.6 质子传导率 |
2.2.7 甲醇渗透性 |
2.2.8 氧化稳定性 |
第3章 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸复合膜的制备与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 磺化聚醚醚酮基体的制备 |
3.3 木质素磺酸的制备 |
3.4 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸复合膜的制备 |
3.5 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸复合膜的表征 |
3.5.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR) |
3.5.2 扫描电子显微镜(SEM) |
3.6 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸复合膜的性能测试 |
3.6.1 力学性能分析 |
3.6.2 离子交换容量 |
3.6.3 吸水率与溶胀率 |
3.6.4 质子传导率 |
3.6.5 甲醇渗透性 |
3.6.6 氧化稳定性 |
3.7 本章小结 |
第4章 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸/纤维素纳米晶体的制备与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 前期所需材料的制备 |
4.3 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸/纤维素纳米晶体复合膜的制备 |
4.4 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸/纤维素纳米晶体复合膜的表征 |
4.4.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR) |
4.4.2 扫描电子显微镜(SEM) |
4.5 磺化聚醚醚酮/木质素磺酸/纤维素纳米晶体复合膜的性能测试 |
4.5.1 力学性能分析 |
4.5.2 离子交换容量 |
4.5.3 吸水率与溶胀率 |
4.5.4 质子传导率 |
4.5.5 甲醇渗透性 |
4.5.6 氧化稳定性 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(9)支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 全钒氧化还原液流电池 |
1.2.1 全钒氧化还原液流电池工作原理 |
1.2.2 全钒氧化还原液流电池的特点 |
1.2.3 全钒氧化还原液流电池的应用 |
1.2.4 全钒氧化还原液流电池的研究现状 |
1.3 全钒氧化还原液流电池的关键材料 |
1.3.1 电极 |
1.3.2 电解液 |
1.3.3 隔膜 |
1.4 全钒氧化还原液流电池用隔膜材料研究进展 |
1.4.1 Nafion膜 |
1.4.2 磺化芳香型高分子膜 |
1.4.3 磺化聚酰亚胺膜 |
1.5 本课题研究意义、目的及主要内容 |
2 实验部分 |
2.1 实验试剂和材料 |
2.2 实验仪器和装置 |
2.3 s-MC、单体和膜的表征 |
2.3.1 FTIR,ATR-FTIR和~1H NMR表征 |
2.3.2 形貌表征 |
2.3.3 机械性能及热稳定性表征 |
2.3.4 吸水率、溶胀率及离子交换容量测试 |
2.3.5 化学稳定性测试 |
2.3.6 钒离子渗透率、面电阻、质子导电率及质子选择性测试 |
2.3.7 VRFB单电池性能测试 |
3 bSPI/s-MC复合膜的制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 s-MC的合成及bSPI/s-MC复合膜的制备 |
3.2.1 s-MC的合成 |
3.2.2 bSPI/s-MC复合膜的制备 |
3.3 s-MC的FTIR和~1H NMR结果与讨论 |
3.4 膜的测试结果与讨论 |
3.4.1 ATR-FTIR |
3.4.2 吸水率、溶胀率和离子交换容量 |
3.4.3 机械性能 |
3.4.4 质子导电率、钒离子渗透率和质子选择性 |
3.4.5 化学稳定性 |
3.4.6 VRFB单电池性能 |
3.4.7 循环前后膜形貌、ATR-FTIR及机械性能 |
3.5 本章小结 |
4 双支化节SPI膜的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 TADPOB单体的合成与双支化节SPI膜的制备 |
4.2.1 TADPOB单体的合成 |
4.2.2 双支化节SPI膜的制备 |
4.3 单体的表征结果与讨论 |
4.4 膜的测试结果与讨论 |
4.4.1 ATR-FTIR和~1H NMR |
4.4.2 吸水率、溶胀率及离子交换容量 |
4.4.3 热稳定性和机械性能 |
4.4.4 钒离子渗透率、面电阻和质子选择性 |
4.4.5 化学稳定性 |
4.4.6 VRFB单电池性能 |
4.4.7 形貌 |
4.5 本章小结 |
5 含氟支化SPI膜的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 含氟支化SPI膜的制备 |
5.3 膜的测试结果与讨论 |
5.3.1 ATR-FTIR和~1H NMR |
5.3.2 吸水率、溶胀率及离子交换容量 |
5.3.3 钒离子渗透率、面电阻和质子选择性 |
5.3.4 化学稳定性 |
5.3.5 VRFB单电池性能 |
5.3.6 形貌 |
5.4 本章小结 |
结论与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果 |
(10)新型聚芳醚砜的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 聚芳醚砜简介 |
1.2.1 聚芳醚砜的特性及发展 |
1.2.2 聚芳醚砜的制备方法 |
1.3 聚芳醚砜分子结构设计 |
1.3.1 含氟型聚芳醚砜 |
1.3.2 磺化型聚芳醚砜 |
1.3.3 含有机硅氧烷型聚芳醚砜 |
1.3.4 交联型聚芳醚砜 |
1.3.5 结晶型聚芳醚砜 |
1.4 聚芳醚砜的应用 |
1.4.1 质子交换膜 |
1.4.2 离子交换膜 |
1.4.3 抗菌膜 |
1.4.4 纤维材料 |
1.4.5 复合材料 |
1.5 本论文设计思想 |
第2章 新型聚芳醚砜的制备与性能测试方法 |
2.1 实验原料 |
2.2 实验仪器设备 |
2.3 不同配方聚芳醚砜树脂及薄膜的制备 |
2.4 性能测试方法 |
2.4.1 黏度测试 |
2.4.2 红外光谱测试 |
2.4.3 力学性能测试 |
2.4.4 光学性能测试 |
2.4.5 热学性能测试 |
2.4.6 介电性能测试 |
2.4.7 接触角测试 |
2.4.8 吸水率测试 |
第3章 新型聚芳醚砜的性能研究 |
3.1 BHD型聚芳醚砜的性能研究 |
3.1.1 BHD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.1.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.1.3 BHD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.1.4 BHD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.1.5 BHD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.1.6 BHD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.1.7 BHD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.1.8 BHD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.2 FHD型聚芳醚砜薄膜的性能研究 |
3.2.1 FHD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.2.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.2.3 FHD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.2.4 FHD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.2.5 FHD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.2.6 FHD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.2.7 FHD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.2.8 FHD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.3 BMD型聚芳醚砜的性能研究 |
3.3.1 BMD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.3.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.3.3 BMD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.3.4 BMD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.3.5 BMD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.3.6 BMD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.3.7 BMD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.3.8 BMD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.4 BTD型聚芳醚砜的性能研究 |
3.4.1 BTD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.4.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.4.3 BTD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.4.4 BTD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.4.5 BTD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.4.6 BTD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.4.7 BTD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.4.8 BTD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.5 FTD型聚芳醚砜薄膜的性能研究 |
3.5.1 FTD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.5.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.5.3 FTD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.5.4 FTD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.5.5 FTD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.5.6 FTD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.5.7 FTD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.5.8 FTD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.6 BDD型聚芳醚砜薄膜的性能研究 |
3.6.1 BDD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.6.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.6.3 BDD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.6.4 BDD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.6.5 BDD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.6.6 BDD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.6.7 BDD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.6.8 BDD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
3.7 FDD型聚芳醚砜的性能研究 |
3.7.1 FDD型聚芳醚砜溶液的黏度性能 |
3.7.2 聚芳醚砜薄膜的红外光谱特征 |
3.7.3 FDD型聚芳醚砜薄膜的力学性能 |
3.7.4 FDD型聚芳醚砜薄膜的光学性能 |
3.7.5 FDD型聚芳醚砜薄膜的热学性能 |
3.7.6 FDD型聚芳醚砜薄膜的介电性能 |
3.7.7 FDD型聚芳醚砜薄膜的表面性能 |
3.7.8 FDD型聚芳醚砜薄膜的吸水率 |
第4章 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
四、DMFC用磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与性能(论文参考文献)
- [1]热交联GO/FSPI质子交换膜制备及其性能研究[D]. 范权. 哈尔滨工业大学, 2021
- [2]共聚型磺化芳香氧膦质子交换膜的合成与表征[D]. 鲁晨. 上海应用技术大学, 2021
- [3]磺化聚苯醚酮类质子交换膜的高效复合过程与性能研究[D]. 崔魏东. 内蒙古工业大学, 2021(01)
- [4]功能化金属有机框架/磺化聚芳醚酮砜复合型质子交换膜的制备及性能研究[D]. 张振国. 长春工业大学, 2021(08)
- [5]用于质子交换膜燃料电池膜电极芳香烃类离聚物研究[D]. 普星彤. 吉林大学, 2021(01)
- [6]聚芳醚酮基填充型复合质子交换膜的制备与性能研究[D]. 张重阳. 吉林大学, 2021(01)
- [7]含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究[D]. 张正东. 常州大学, 2021
- [8]磺化聚合物/木质素磺酸复合质子交换膜的制备及性能研究[D]. 李炎. 东北电力大学, 2021(11)
- [9]支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究[D]. 龙俊. 西南科技大学, 2021
- [10]新型聚芳醚砜的制备与性能研究[D]. 李智杰. 东华大学, 2021(01)