非共面嵌段陰離子膜及電極粘結(jié)劑制備和表征.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AAEMFC）具有可用非貴金屬催化劑等諸多優(yōu)勢，使它可能成為下一代能源技術(shù)。然而陰離子交換膜（AEM）電導(dǎo)率低、穩(wěn)定性差以及氫氧根傳導(dǎo)型電極粘結(jié)劑（HCB）在低沸點綠色溶劑中的溶解度不足問題限制了該電池的實際應(yīng)用，因此對于高性能AEM及HCB的研究近年來成為AEMFC領(lǐng)域的熱點和難點。本論文針對以上問題展開以下三個方面的研究：
　　1.制備了NCHP-Im（非共面結(jié)構(gòu)）及CBP-Im（嵌段結(jié)構(gòu)）兩種新型陰

2、離子交換膜（Im代表咪唑正離子），重點考察了它們微觀形貌對OH-電導(dǎo)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，非共面效應(yīng)顯著增加膜的自由體積，并促進離子簇形成，使得氫氧根離子遷移更容易；嵌段結(jié)構(gòu)顯著增進膜的親疏水相分離，促進離子簇形成，使膜的氫氧根離子傳導(dǎo)率提升。常溫下，NCHP-Im及CBP-Im在較低離子交換容量（IEC，1.25mmol/g）下氫氧根電導(dǎo)率分別為21mS/cm和28mS/cm，而膜的溶脹率僅為13.3%和5.63%。
　　2.在膜

3、材料中同時引入彎曲扭曲非共面單元及嵌段結(jié)構(gòu)，制備新型陰離子膜（NCBP-Im）。該膜在常溫低IEC（1.25mmol/g）條件下的電導(dǎo)率達到35mS/cm，溶脹率僅為4.56%，70℃時的電導(dǎo)率為70mS/cm；采用NCBP-Im膜的氫/氧燃料電池在50℃下可獲得262mW cm-2的功率密度，電池的開路電壓為1.07V。這些性能表明，NCBP-Im膜在AEMFC中具有一定的應(yīng)用前景。
　　3.在上述非共面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入一種新型半

4、柔性鏈段，制備HCB，探究半柔性鏈段長度對HCB在不同低沸點綠色溶劑中溶解度的影響。所制備的含六個亞甲基（6C）柔性鏈段的HCB在常溫低IEC（1.43mmol/g）時電導(dǎo)率達到45mS/cm，溶脹率僅為10.12%，在甲酸乙酯中溶解度可達74%（mHCB/V溶劑）。這些性能使其有望應(yīng)用在堿性燃料電池中。
　　綜上，本論文設(shè)計制備了彎曲扭曲非共面嵌段型AEM，驗證了非共面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自由體積對離子傳導(dǎo)和微相分離的促進作用，并在此基礎(chǔ)