高性能聚合物电解质膜材料的制备和性能研究
聚合物电解质膜论文 聚芳醚酮/砜论文 交联论文 尺寸稳定性论文 阻醇性论文
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本论文根据目前直接甲醇燃料电池攻关的两个方向的不同特点，设计有针对性的方法，制备高性能的聚芳醚酮/砜聚合物电解质膜材料，并对膜的性能进行了详细的研究。一方面，对质子交换膜，制备侧链带有丙烯基的磺化聚芳醚酮（SDPEEK）作为聚合物基体，采用两种方法对其进行改性：(ⅰ)将硅烷偶联剂和磷钨酸引入SDPEEK体系建立交联网络，在不损失质子传导率的前提下提高膜的尺寸稳定性。（ⅱ）利用点击反应，将水溶性的SDPEEK制备成交联膜，使其不仅可以用作质子交换膜，还可以用作电极催化层中的离聚物。另一方面，对阴离子交换膜，从分子设计出发，制备新型具有高阻醇性能和高耐碱性能的阴离子交换膜：(ⅰ)设计合成带有部分共轭结构的季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜材料。利用交联和共轭结构的高电子云密度来防止季铵碱的降解，提高膜材料的耐碱性能和阻醇性能。（ⅱ）设计合成季鏻化聚芳醚砜阴离子交换膜材料。利用季鏻基团的耐碱性和弱吸水性来提高膜的耐碱稳定性、控制膜材料的尺寸溶胀。
| 中文摘要 | 第5-8页 |
| Abstract | 第8-11页 |
| 第一章 绪论 | 第15-51页 |
| 引言 | 第15-16页 |
| 1.1 燃料电池 | 第16-20页 |
| 1.1.1 燃料电池发展历程回顾 | 第16页 |
| 1.1.2 燃料电池的工作原理和特点 | 第16-20页 |
| 1.1.3 燃料电池的分类 | 第20页 |
| 1.2 聚合物电解质膜燃料电池 | 第20-22页 |
| 1.3 聚合物电解质膜（PEM） | 第22-31页 |
| 1.3.1 全氟磺酸型质子交换膜 | 第22-24页 |
| 1.3.2 部分含氟型质子交换膜 | 第24页 |
| 1.3.3 非氟膜材料 | 第24-31页 |
| 1.4 聚合物电解质膜的改性 | 第31-38页 |
| 1.4.1 交联改性 | 第31-35页 |
| 1.4.2 掺杂 | 第35-36页 |
| 1.4.3 复合改性 | 第36-37页 |
| 1.4.4 表面修饰 | 第37-38页 |
| 1.5 本论文的设计思想 | 第38-40页 |
| 参考文献 | 第40-51页 |
| 第二章 实验试剂与测试仪器 | 第51-57页 |
| 2.1 原料和试剂 | 第51-52页 |
| 2.2 测试手段及表征方法 | 第52-57页 |
| 2.2.1 仪器型号 | 第52页 |
| 2.2.2 测试方法 | 第52-57页 |
| 第三章 SDPEEK/KH570/PWA 系列交联复合质子交换膜的制备与性能研究 | 第57-77页 |
| 引言 | 第57-58页 |
| 3.1 磷钨酸（PWA） | 第58页 |
| 3.2 SDPEEK 的合成与表征 | 第58-60页 |
| 3.3 SDPEEK/KH570/PWA 复合膜材料的制备 | 第60-61页 |
| 3.4 复合膜的结构和性能研究 | 第61-72页 |
| 3.4.1 红外光谱 | 第61-62页 |
| 3.4.2 扫描电镜 | 第62-63页 |
| 3.4.3 SDPEEK/KH570-5/PWA 复合膜材料的 IEC、吸水率和溶胀率 | 第63-65页 |
| 3.4.4 SDPEEK/KH570-5/PWA 复合膜材料的热性能 | 第65-69页 |
| 3.4.5 SDPEEK/KH570-5/PWA 复合膜材料的机械性能 | 第69页 |
| 3.4.6 SDPEEK/KH570-5/PWA-x 复合膜材料的质子传导率、甲醇渗透率和选择性研究 | 第69-72页 |
| 3.5 本章小结 | 第72-73页 |
| 参考文献 | 第73-77页 |
| 第四章 点击反应改性水溶性磺化聚芳醚酮及膜性能的研究 | 第77-93页 |
| 引言 | 第77-78页 |
| 4.1 水溶性磺化聚芳醚酮的制备和表征 | 第78-79页 |
| 4.2 交联膜的制备 | 第79-81页 |
| 4.3 交联膜的性能研究 | 第81-88页 |
| 4.3.1 交联膜的残留分数和 IEC | 第81-82页 |
| 4.3.2 交联膜的热稳定性 | 第82-83页 |
| 4.3.3 交联膜的机械性能 | 第83-84页 |
| 4.3.4 交联膜的吸水率和溶胀率 | 第84-86页 |
| 4.3.5 交联膜的质子传导率、甲醇渗透率和选择性 | 第86-88页 |
| 4.4 本章小结 | 第88-90页 |
| 参考文献 | 第90-93页 |
| 第五章 自交联型季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜的制备和性能研究 | 第93-109页 |
| 引言 | 第93-94页 |
| 5.1 具有可自交联基团的聚芳醚砜的合成与表征 | 第94-97页 |
| 5.1.1 具有部分共轭结构的聚芳醚砜（SPES）的合成与表征 | 第94-95页 |
| 5.1.2 SPES 的卤化 | 第95-96页 |
| 5.1.3 APES-nBr 的合成和表征 | 第96-97页 |
| 5.2 自交联膜的制备 | 第97-98页 |
| 5.3 聚合物的性能测试 | 第98-105页 |
| 5.3.1 聚合物的热稳定性 | 第98-99页 |
| 5.3.2 膜的机械性能 | 第99-100页 |
| 5.3.3 膜的吸水率和溶胀率 | 第100-102页 |
| 5.3.4 膜的离子传导率、耐碱性、甲醇渗透率及膜的选择性. | 第102-105页 |
| 5.4 本章小结 | 第105-106页 |
| 参考文献 | 第106-109页 |
| 第六章 季鏻型聚芳醚砜阴离子交换膜的制备和性能研究 | 第109-121页 |
| 引言 | 第109-110页 |
| 6.1 QPPES 膜材料的制备 | 第110-112页 |
| 6.1.1 SPES 的制备 | 第110页 |
| 6.1.2 QPPES 膜的制备 | 第110-112页 |
| 6.2 季鏻型聚醚砜阴离子交换膜的性能研究 | 第112-118页 |
| 6.2.1 QPPES 的溶解性 | 第112页 |
| 6.2.2 QPPES 的热稳定性 | 第112-114页 |
| 6.2.3 QPPES 的吸水率和溶胀率 | 第114-115页 |
| 6.2.4 QPPES 的离子传导率和耐碱性 | 第115-117页 |
| 6.2.5 QPPES 的甲醇渗透率和选择性 | 第117-118页 |
| 6.3 本章小结 | 第118-119页 |
| 参考文献 | 第119-121页 |
| 第七章 结论 | 第121-123页 |
| 作者简历 | 第123-125页 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 | 第125-127页 |
| 致谢 | 第127页 |
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