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文檔簡介
1、燃料電池(FuelCells),作為一種高效、環(huán)保的新能源技術(shù),在通信、軍事、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域有廣闊的應用前景。堿性陰離子交換膜燃料電池(Alkaline anionexchange membranes fuel cells,AAEMFCs),是燃料電池的一個分支,這種燃料電池結(jié)合了傳統(tǒng)的堿性燃料電池和聚合物電解質(zhì)燃料電池的優(yōu)點。AAEMFCs的工作環(huán)境是堿性的,所以在AAEMFCs中可以使用非貴重金屬作為電極催化劑,而且氫氧根基團的傳遞
2、方向與液體燃料,諸如甲醇、乙二醇、乙醇等傳遞方向相反,可消除因電滲析產(chǎn)生的液體燃料滲透,同時陽極產(chǎn)物水可以作為陰極的反應物簡化了電池的水管理系統(tǒng)。
堿性陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件,起傳遞氫氧根基團和分隔陰陽極作用。本論文制備了兩種陰離子交換膜,并對兩種陰離子交換膜在AAEMFCs中的應用進行了評估。
一是以乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜(Ethylene Tetra Fluoro Ethyle
3、ne,ETFE)為基底膜,采用預輻射接枝技術(shù)制備了多季銨鹽型陰離子交換膜?;啄TFE,在鈷源中氮氣氣氛下預輻射劑量為90KGy,在輻射產(chǎn)生的陷落自由基的引發(fā)下,在膜上先接枝對氯甲基苯乙烯(VBC),然后經(jīng)過三乙烯二胺(DABCO)交聯(lián)季銨化、對二氯芐(DCX)烷基化、三甲胺(TMA)二次季銨化,經(jīng)氫氧化鉀(KOH)堿化后,最后得到堿性多季銨鹽陰離子交換膜(Alkaline anion exchangemembranes,AAEMs)
4、。根據(jù)第一步接枝反應,VBC接枝率的不同,考察了三個系列(Membrane#l、Membrane#2、Membrane#3)的陰離子交換膜的物理及電化學性能。制備的三個系列陰離子交換膜,30℃時電導率分別為3.1x10-2Scm-1、3.9×10-2Scm-1及2.6×10-2Scm-1,并且在20~80℃范圍內(nèi)膜的電導率隨著溫度的升高而不斷變大。以Membrane#2系列膜為主要研究對象制備了膜電極,并考察了其在H2/02燃料電池中的
5、應用。測試環(huán)境中不存在任何液體電解質(zhì),40℃的測試溫度下,燃料電池的開路電壓為1.034V,功率密度峰值為48mWcm-2,是在電流密度為69mAcm-2下測得的。這種多季銨鹽型陰離子交換膜展示在燃料電池中應用的良好前景,下一步工作著重于膜電極制備工藝的改進和燃料電池操作條件的優(yōu)化。
二是以二甲基二烯丙基氯化銨(Dimethyl diallyl ammonium chloride,DMDAAC)和甲基丙烯酸正丁酯(N-bu
6、tyl methacrylate,BMA)為單體,采用自由基聚合的方法,合成了聚合物DMDAAC/BMA,并成膜制備了DMDAAC/BMA聚合物陰離子交換膜。研究了反應溶劑種類、引發(fā)劑種類、聚合助劑等因素對聚合反應的影響,優(yōu)化了聚合反應的條件。確定了DMDAAC/BMA聚合的最佳反應條件是為以甲苯作為溶劑,溶劑和單體體積比為1:1,AIBN作為引發(fā)劑,引發(fā)劑用量是單體的1%(wt),聚合助劑采用0.01%(wt)的Na2EDTA,反應時
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