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天津大学
博士学位论文
DMFC用改性磺化聚芳醚酮质子交换膜的研究
姓名:黄绵延
申请学位级别:博士
专业:化学工程
指导教师:王宇新
20070101
摘要直接甲醇燃料电池Ⅷ的发展面临两大难题:一是阳极催化剂对甲醇反应的催化活性较低;二是通常使用的全氟磺酸质子交换膜的阻醇性能较差。因此开发出高性能的质子交换膜是研究的重要课题。本论文着眼于的现实需要和未来发展,在开发价格低廉的阻醇质子交换膜和耐高温质子交换膜方面进行了新的探索和尝试。聚醚醚酮和杂萘联苯聚醚酮是两种价格较低、性能优良的聚芳醚酮类聚合物。二者磺化后可用来制备质子交换膜。然而,纯磺化聚醚醚酮⒒腔虞亮1骄勖淹膜的电导率与阻醇性能、尺寸稳定性之间存在难以协调的矛盾。高电导率要求聚合物的磺化度要高,但高磺化度会使膜的阻醇性能、尺寸稳定性变差。为解决这个矛盾,我们首次将具有较高电导率的质子导体,然⊥.⑺犸粼拥浇细呋腔鹊腟及兄票父春夏ぁJ笛表明,与聚合物之间发生氢键作用,因此在不减小电导率的同时,复合膜的溶胀被有效地限制,膜的阻醇能力、尺寸稳定性得到提高。/春夏さ目墒褂梦露纫驳玫较灾岣摺J褂梦露鹊奶岣呤沟镁合物高电导率的特性得以发挥,因此/春夏ぴ诟呶率本哂泻芨的电导率。我们还首次考察了掺杂复合膜在高温不同湿度下的电导率及其高温气态进料性能。结果表明,的掺杂能显著提高复合膜在低湿度时的电导率,因而复合膜的气态进料性能也得到提高。聚醚砜且恢殖赡ば阅苡帕嫉墓こ倘人芰稀=玃混入高磺化度的心苡行Ы档湍さ娜苷汀⒃銮磕さ淖璐寄芰Α⑻岣吣さ氖褂梦露取N颐首次通过笛榈贸鯯磺化度对共混膜微观形貌的影响。通过控制好幕腔燃癙的混入量,可以制得电导率高、阻醇性能优良的疭共混膜。而且与具有相同离子交换容量的纯は啾龋不炷的阻醇性能及尺寸稳定性能更好。首次考察了上述复合膜及共混膜的直接甲酸、异丙醇、乙二醇及二甲醚燃料电池的单电池性能。关键词:;质子交换膜;磺化聚醚醚酮;磺化杂萘联苯聚醚酮;膦酸锆;聚醚砜;共混膜Ⅱ
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学位论文作者警名:鸶鸣昂怨字期:矽刃年,月砑同⋯⋯躲琶亏节也独创性声明学位论文版权使用授权二签字同期:矽卯年聑计同或撰写过的研究成果,也不包含为获得丕鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证叁盗苤鲎特授权叁鲞盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中刁渌艘丫⒈作了明确的说明并表示了谢意。本学位论文作者完全了解有关保留、粲醚宦畚牡墓娑ā索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、芤嘁怨┹萾阗和借闶。葡意学校C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得导师签名:签字期:弘“同
质子交换膜燃料电漶嚣砸是露前研究最多、应用前景最广泛且发震是一种极具发展潜力和应用价值的燃料电池。遐前,錍的性能与对于质子交换膜燃料电池丽言,电解质膜是关键组成部分,它具有导通质子、能源是人类生存与发展的重要物质条件。随着全球经济持续发展和人口不断膨胀,人类对能源的需求量日益增加。然而,由于化石燃料储量有限,同时化石燃料的清耗会导致严重的环境润题,所以在人们努力提高现有能源利用效率的同时,也在不遗余力的寻求新的清洁能源。燃料电池正是以其高效和清洁的特点满足了可持续发展的要求,因此受到国内外的普遍关注。相对内燃机丽言,燃料电池是将化学能直接转化为电能,不受卡诺循环的约束,因丽效率更高,并且污染和嗓音也都小;相对蓄电漶而吉,燃料电池的能量密度和功率密度高,且无需耗时充电。由于具有这些优点,燃料电池正在以各种形式进入越来越广泛的应用上。最快的一类燃料电池。它最有意义的应用前景是车用电源及便携式电源。几乎所有的经济大国及重要的经济地区都提出了发展质子交换膜燃料电池汽车的中、长期规划,很多跨国汽车制造集团也投重资对其进行研发。基前,各式各样的燃料电池汽车已经在不断地涌出,这让渴望清洁能源的人们似乎看到了希望。虽然氢一氧型燃料电池的发展已较成熟,但氢气的储运问题一直是制约它广泛应用的主要原因。针对这一阏题,人们一方丽在寻求更好的储氢方法,勇一方面也在尝试改用其它燃料。在诸多的燃料选择中,甲醇由于具有来源广泛、易予储运、供给方便和价格低廉等优点而被认为是最佳的权宣之计。.而且,相对其它燃料,现在的阳极催讫帮对甲醇有较高的催化活性。因此,直接甲醇燃料电池/蚉还有较大差距,但随着各国对研究投入的增多及研究的深入,其性能也在不断地提高。技术要达到实用化程度还面蠛若干技术难题,其中主要包括阳极催化剂的催化活性