直接甲醇燃料电池用新型质子交换膜的制备与性能研究

论文摘要

本文首先从分子设计的角度出发,通过亲核取代反应成功地制备了两个系列含有不同侧基、不同磺化度的磺化聚醚醚酮质子交换膜材料,并对两类质子交换膜材料的结构和性能进行了研究。结果表明:磺化聚醚醚酮系列质子交换膜的综合性能较为优异,在直接甲醇燃料电池中具有很好的应用前景,但由于在高质子传导率下磺化聚醚醚酮膜的吸水率和甲醇渗透性较大,因此降低了膜的尺寸稳定性和阻醇性能。为了克服以上缺点,我们采用交联、复合和涂覆等方法对磺化聚醚醚酮进行改性,制备了一系列新型的质子交换膜材料,并对它们的性能进行了研究。结果表明:新型的质子交换膜材料在直接甲醇燃料电池中较之纯膜具有更好的应用前景。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃料电池概述
• 1.2.1 燃料电池发展简史
• 1.2.2 燃料电池的组成及工作原理
• 1.2.3 燃料电池分类
• 1.2.4 燃料电池特点
• 1.2.4.1 燃料电池的优点
• 1.2.4.2 燃料电池存在的问题
• 1.2.5 燃料电池的用途及前景
• 1.3 质子交换膜燃料电池
• 1.3.1 质子交换膜燃料电池的发展
• 1.3.2 质子交换膜燃料电池的特点与用途
• 1.4 直接甲醇燃料电池
• 1.4.1 直接甲醇燃料电池的特点
• 1.4.2 直接甲醇燃料电池的基本结构和工作原理
• 1.4.3 直接甲醇燃料电池的研究现状
• 1.4.4 直接甲醇燃料电池的应用及前景展望
• 1.5 质子交换膜概况
• 1.5.1 质子交换膜在燃料电池中的作用
• 1.5.2 直接甲醇燃料电池对质子交换膜的要求
• 1.5.3 质子交换膜的研究进展
• 1.5.3.1 全氟磺酸质子交换膜
• 1.5.3.2 部分含氟磺酸质子交换膜
• 1.5.3.3 非氟磺酸质子交换膜
• 1.5.3.4 对现有膜的改进
• 1.6 聚芳醚酮
• 1.7 磺化聚芳醚酮
• 1.8 本论文的设计思想
• 1.9 参考文献
• 第二章 含不同侧基的磺化聚醚醚酮的合成、表征及膜性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料与试剂
• 2.2.2 表征技术与试验方法
• 2.3 磺化单体的合成与表征
• 2.4 聚合物的合成与表征
• 2.4.1 含叔丁基的磺化聚醚醚酮（STPEEK）的合成与结构表征
• 2.4.2 含丙烯基的磺化聚醚醚酮（SDPEEK）的合成与结构表征
• 2.4.3 聚合物的粘度
• 2.4.4 聚合物的溶解性
• 2.4.5 聚合物的热性能
• 2.4.5.1 聚合物的玻璃化转变温度
• 2.4.5.2 聚合物的热稳定性
• 2.5 磺化聚醚醚酮膜的性能研究
• 2.5.1 膜的制备
• 2.5.2 磺化聚醚醚酮膜的离子交换容量
• 2.5.3 磺化聚醚醚酮膜的吸水性能
• 2.5.4 磺化聚醚醚酮膜的力学性能
• 2.5.5 磺化聚醚醚酮膜的甲醇渗透性
• 2.5.6 磺化聚醚醚酮膜的质子传导性能
• 2.6 本章小结
• 2.7 参考文献
• 第三章 磺化聚醚醚酮/乙醇胺/己二酸复合质子交换膜的研究
• 3.1 引言
• 3.2 STPEEK/MEA/AA 复合膜的制备
• 3.3 STPEEK/MEA/AA 复合膜的性能研究
• 3.3.1 复合膜的红外表征
• 3.3.2 复合膜的热稳定性研究
• 3.3.3 复合膜的吸水率和尺寸稳定性
• 3.3.4 复合膜的阻醇性能研究
• 3.3.5 复合膜的抗氧化和抗醇解稳定性
• 3.3.6 复合膜的机械性能
• 3.3.7 复合膜的质子传导性和选择性
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 以磺化聚醚醚酮为基体的双层膜的制备和性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 STPEEK/CS 双层膜的制备
• 4.3 STPEEK/CS 双层膜的性能研究
• 4.3.1 双层膜的扫描电镜研究
• 4.3.2 双层膜的热稳定性研究
• 4.3.3 双层膜的吸水率和甲醇吸收
• 4.3.4 CS 厚度对双层膜阻醇性能的影响
• 4.3.5 双层膜的质子传导性和选择性研究
• 4.4 本章小结
• 4.5 参考文献
• 第五章 交联磺化聚醚醚酮质子交换膜的性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 光引发交联
• 5.3 SDPEEK 交联膜的制备
• 5.4 SDPEEK 交联膜的性能研究
• 5.4.1 交联膜的FTIR 分析
• 5.4.2 交联膜的热稳定性分析
• 5.4.3 交联膜的吸水率研究
• 5.4.4 交联膜的阻醇性能
• 5.4.5 交联膜的机械性质
• 5.4.6 交联膜的水解及氧化稳定性
• 5.4.7 交联膜的质子传导性研究
• 5.5 本章小结
• 5.6 参考文献
• 第六章 磺化聚醚醚酮/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸交联复合膜
• 6.1 引言
• 6.2 SDPEEK/AMPS 交联复合膜的制备
• 6.3 SDPEEK/AMPS 交联复合膜的性能研究
• 6.3.1 交联复合膜的红外光谱分析
• 6.3.2 交联复合膜的TGA 测试
• 6.3.3 交联复合膜的亲水性和吸水率
• 6.3.4 交联复合膜的阻醇性能分析
• 6.3.5 交联复合膜的水解稳定性
• 6.3.6 交联复合膜的质子传导性和综合性能分析
• 6.4 本章小结
• 6.5 参考文献
• 第七章 结论
• 致谢
• 作者简历
• 攻博期间发表的论文及其它成果
• 中文摘要
• Abstract