探究碱掺杂聚丙烯酰胺凝胶电解质膜的研究

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1、㈣㈣川㈣㈣㈣Y1531370碱掺杂聚丙烯酰胺凝胶电解质膜的研究AStudyontheAlkalinePolyacrylamideHydrogelsElectrolyteMembranes硕士学位论文学科专业：化学工程研究生：张上指导教师：王宇新教授天津大学化工学院二零零八年九月摘要直接甲醇燃料电池(DMFC)具有结构简单、燃料补充方便、体积和质量比能量密度高等特点，有望成为未来理想动力源之一，用作移动动力电源和便携式电源。采用碱性介质有助于解决质子交换膜直接甲醇燃料电池中阳极催化剂对甲醇氧化的催化反应活性低和甲醇渗透两大问题。本文借鉴锂离子电池和超级电容器领域的凝胶电解质膜，尝试在丙

2、烯酰胺的聚合过程中掺杂K2C03／NaOH，制备了一系列适合碱性介质燃料电池的碱掺杂聚丙烯酰胺(PAAM)凝胶电解质膜，并选择PVDF、PP微孔膜制备了支撑型NaOH掺杂PAAM凝胶电解质膜，考察了自制碱掺杂PAAM凝胶的溶胀性、热性能及电导率。结果表明，凝胶电解质膜在低浓度碱液中呈显著的溶胀现象，并随着时间的延长而趋于稳定；在高浓度碱液中呈现收缩现象。凝胶电解质膜的热性能表明，凝胶聚合物的高分子结构在200℃以下稳定。碱掺杂PAAM凝胶电解质膜在交联度和AAM单体浓度一定的情况下，随着碱掺杂量的增加，室温电导率先上升后下降，分别在K2C03掺杂量为15．9％和NaOH掺杂量为14％

3、时达到最大值。在碱掺杂量一定的条件下，电导率随AAM单体浓度的增加而下降。凝胶电解质膜的电导率随温度升高而增加。支撑型NaOH掺杂凝胶电解质膜电导率随碱掺杂量的变化趋势与非支撑型一致，同样NaOH掺杂量的支撑型凝胶电解质膜电导率较非支撑型凝胶电解质膜电导率有所降低。关键词：聚丙烯酰胺，凝胶电解质膜，碱性介质，燃料电池ABSTRACTDirectmethanolfuelcells(DMFC)arecharacterizedbysimplestructure，convenientfuelsupplyandhighenergydensity．DMFCwillbeoneoftheidealp

4、owersourcesinthefutureformobile，portableandstationaryapplications．However,DMFChastwomainproblemswhich．hinderitspracticalapplications．Oneissluggishoxygenreductionkineticsatthecathode；theotherismethanolcrossover．Itisexpectedthatthereplacementofthecommonlyadoptedprotonexchangemembranewithalkalinee

5、lectrolytemembranewouldhelptotackletheseproblems．Aseriousofalkalidopedpolyacrylamide(PAAM)hydrogelmembranesarepreparedforuseinfuelcells。SupportedNaOHgelmembranesarealsopreparedbyusingPVDForPPporousmembranesasthesupported．Theswellingdegree，thermalpropertyandionicconductivitiesofthesehydrogelmemb

6、ranesaremeasured．Thegelmembranesswellsubstantiallyindilutealkalinesolutions，approachingequilibriumwithtime．Inconcentratedsolutions，theydeswell．Theconductivityofthehydrogelmembranesvarieswiththeconcentrationofthedopedalkali．andreachesamaximumat15．9％K2C03or14％NaOHrespectively．Thesupportedhydrogel

7、membranespresentlowerionicconductivityascomparedwiththegelmembranewithoutsuppoa．Asexpected，theconductivityofthehydrogelmembranesincreaseswithtemperature．ThemolecularstructureofthePAAMhydrogelpolymerisstabilebelow200"(2．Keywords：Po