交联及含氮杂环磺化醚类质子交换膜材料之制备与特性研究

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1、交联及含氮杂环磺化醚类质子交换膜材料之制备与特性研究第一章绪论1.1引言近年来，太阳能、风能、潮汝能、波浪能等可再生能源的开发利用已取得了很大进展。但是，由于它们受到环境因素、地理条件以及气候等的影响而受到制约，无法广泛的应用。因此开发出一种高效、便携、绿色、无污染的新型能源迫在眉睫。氢能源作为兼具上述优点的新型能源可替代化石能源。而燃料电池(Fuel0611)可以将氢能转化为电能。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置。它主要包括阴极、阳极和电解质等，燃料电池看似是一个蓄电池，但实际并非如此。从实质上来讲它并非是一种储电装置，而是一个可以通过自身发电的发电厂。与通常定义的电池不

2、同的是，燃料电池自身拥有下述优点：燃料与电能之间的转化效率较高，一般在45%?60%，这个数值范围比火力发电和核电的效率（30%?40%)要高很多；直接将燃料的化学能转化为电能，而且不需要燃烧，也就是说它不受卡诺循环的影响；由于燃料电池电站所需的占地面积很小，因此它对安装地点的要求也不高，一般它的安装地点都比较随意、灵活，此外它的建设周期相对来说比较短，在实际生活中能够用到的功率是可以以电池堆的组装为依据来完成的，相当便利；它的负荷响应的速度非常快，并且燃料利用率高；燃料电池的启动时间非常短，它只需在数秒钟之内就能够将功率变换到所需达到的额定功率。基于这些优点，燃料电池领域吸引了世界各国政府

3、的重视。目前，世界各国都在加快氧能源和燃料电池技术的发展，以提高国家的综合国力。质子交换膜燃料电池[5_7](protonexchangemembranefuelcell)是燃料电池的一种，它具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为便携式电源、电动汽车、固定发电站等的首选能源，其作为新型绿色能源得到了广泛的关注，这项技术也正在迅猛发展。.1.2燃料电池的概况燃料电池从实际上来讲是一种发电装置[8]，它能够将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能以供使用。它与通常意义上的原电池、蓄电池并不相同，它所需的电极反应活性物质并非忙存在电池内部，而是由电池的外部提供。因此，从

4、理论上来说，只要外部连续不断地供给燃料和氧化剂，燃料电池就可以源源不断地产生电流，输出电能，持续发电。由于燃料电池可以将燃料中所存在的化学能直接（不需经过中间转换过程）转化为电能，正因如此，它不用像一般情况下的火力发电机那样，不仅需要通过锅炉、汽轮机还需要发电机等的诸多的能量形态上的变化，这样一来它就可以不受卡诺循环理论限制，避免了很多不必要的能量损失，从而达到所需的发电效率，并且发电过程不会对环境造成污染。因此燃料电池以效率高、绿色环保以及操作简单等优点正在成为目前世界各国关注的焦点，具有广阔的开发应用与发展前景。.第二章实验部分2.1实验原料与试剂2.2实验仪器2.2.1红外光谱（FT-

5、IR)在本实验中所涉及到的红外测试仪器为Vector-22型红外光谱仪，是德国BruJcer公司的产品，它的扫描范围是4000~300cm-i，扫描次数为128次，分辨率为4cm-i，样品溶液需要铺膜后再进行测定。2.2.2核磁共振（iH-NMR)利用核磁共振来进一步验证所制备聚合物的结构，核磁共振仪为Bruker生产的AVANCEm400M,以DMS0-S6为溶剂，TMS为内标。2.2.3热重分析（TGA)实验中需对聚合物的热性能进行测试，使用PerkinElmer公司的PyrisITGA热分析仪，样品的测试温度范围为40-700°C，测试过程中的升温速率为10°C/min

6、,需要在氮气(50mLmin_i)气氛下测定。.第三章侧链型磺化聚芳醚酮/聚乙烯醇交联膜.........263.1引言........263.2S-SPAEK/PVA复合膜的制备........263.3S-SPAEK/PVA交联膜的表征........273.4S-SPAEK/PVA交联膜的热性能........283.5S-SPAEK/PVA交联膜的微观形态........293.6S-SPAEK/PVA交联膜的吸水率和溶胀率........303.7S-SPAEK/PVA交联膜的保水能力........313.8S-SPAEK/PVA交联膜的甲醇渗透率和质子传导率........32

7、3.9本章小节........34第四章含氨基擴化聚芳醚酮砜膜的制备与性能研究........354.1引言........354.2聚合物的制备........354.3聚合物膜的制备........364.4膜的表征........374.5膜的热性能........384.6膜的吸水率、膜表面与水的接触角和膜的溶胀........394.7膜的保水能力........414.8膜的质子传导率和甲醇渗透率