收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高温质子交换膜的研制

董文琦  
【摘要】:质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的关键材料,目前广泛应用的是美国杜邦公司的Nafion(?)膜,其化学结构是碳氟主链和带有磺酸基的侧链。由于其传导质子需依赖水分子,温度高于80℃之后,其质子传导率明显地降低。同时,低温PEMFC还要涉及复杂的水/热管理问题,催化剂易中毒等问题等。提高PEMFC工作温度,可以使得催化剂的CO中毒问题,水、热管理问题简化,降低燃料电池的成本。但现有的Nafion(?)膜升温后性能却达不到电池使用要求。因此,研发能在高温下运行的质子交换膜就非常地重要。目前,最有潜力的是聚苯并咪唑-磷酸体系。德国的巴斯夫公司开发的Celtec(?)产品,在2009年成功的为Antares滑翔机提供了动力。 但是聚苯并咪唑-磷酸体系也存在着不足。由于这一体系中,传导质子依靠的是磷酸分子,因此磷酸的含量相应地影响着质子传导率的大小。磷酸含量过小,质子传导率不高,磷酸含量过大,却使聚苯并咪唑膜出现严重的溶胀,机械性能下降,从而影响其实际应用。针对这一问题,就需要保证膜在不严重溶胀的前提下,提高其质子传导率。目前,主要是两种方法。其一,在聚苯并咪唑膜基体中,掺杂质子导体,比如磷酸锆,磷钨酸,硅钨酸等。其二,对聚苯并咪唑膜进行交联处理,降低其在磷酸含量增加情况下的溶胀。按照这样的两种方法,并在实验室研究内容的基础上,本文主要研究内容如下: 1.将3,3',4,4'-四氨基二苯醚、5-磺酸钠间苯二甲酸和间苯二甲酸在多聚磷酸中,直接溶液缩聚,制备了一系列不同磺化度的聚苯并咪唑。并进行磷酸浸渍试验,之后进行质子传导率的测试。同时要进行耐自由基氧化性实验。在耐氧化性优良基础上选择质子传导率能够接受的膜作为掺杂无机质子导体的基体。研究表明,当SPBI-10耐氧化性优良,所测得的质子传导率可以接受。选定SPBI-10作为无机质子导体掺杂的基体。 2.制备了无机质子导体α-ZrP。研究表明,粒径小,表面积大的无机颗粒有利于进行质子的传导。通过控制试验条件,选出粒径最小的α-ZrP,作为掺杂物。研究表明,在90℃的5M磷酸中反应48小时,得到的磷酸氢锆粒径最小。 3.将选定的无机质子导体与聚苯并咪唑膜基体,通过物理掺杂的方法进行处理,得到有机无机复合膜。研究了质子传导率随着无机质子导体含量的变化规律。研究表明,其他性能没有太多变化的前提下,质子传导率有一定的提高。 4.将3,3',4,4'-四氨基二苯醚、5-磺酸钠间苯二甲酸、5-羟基间苯二甲酸和间苯二甲酸在多聚磷酸中,直接溶液缩聚,得到羟基化的磺化聚苯并咪唑聚合物。以异氰酸丙基三乙氧基硅烷为偶联剂,正硅酸乙酯为前躯体,通过溶胶-凝胶法在含有羟基官能团的磺化聚苯并咪唑上进行无机交联。研究了不同二氧化硅含量的聚合物膜的质子传导率,磷酸掺杂量。研究表明,加入二氧化硅形成了无机网络,对增加膜的磷酸掺杂量,提高膜的质子传导率有很大作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 山内昭;日本电渗析技术研究与开发进展[J];水处理技术;1995年04期
2 闵学颐 ,李鸿瑞;离子交换膜的电化学性质及应用(上)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);1959年00期
3 James T.Keating,王喜玲;盐水纯度对离子交换膜性能的影响[J];中国氯碱;1995年08期
4 H.M.B.Gerner ,严仲明;离子交换膜电解工厂的安全运转[J];中国氯碱;1994年01期
5 朱秀昌;离子交换膜的制造及电渗析法溶液脱盬与浓缩[J];高分子学报;1958年04期
6 ;膜分离技术的基本原理及其在乳品加工上的应用[J];食品工业;1987年02期
7 余双人;旭硝子推出高强度氟离子交换膜[J];精细与专用化学品;2003年02期
8 ;四川宜宾化工厂大型电渗析器[J];上海化工;1976年04期
9 李峰,石芳玉;改进型复极式离子膜电解槽对离子交换膜的机械损伤[J];中国氯碱;1997年08期
10 陶祖贻,邢正,陈星蕖,张毓青;同位素扩散穿过离子交换膜的动力学[J];核化学与放射化学;1984年01期
11 谭春红,杨向民,许志立;HF离子交换膜在电渗析器上的性能研究[J];功能高分子学报;1996年02期
12 崔晓楠;;以酶为基础的生物燃料电池[J];今日电子;2006年06期
13 李显贵;;日本专家获“中国天山奖”[J];国外塑料;2009年01期
14 陈惠中;食盐电解活性阴极的开发及应用[J];节能技术;1990年02期
15 钟珂;彭孝芳;;板翅式全热交换器热回收效率分析[J];东华大学学报(自然科学版);2007年04期
16 王恒全;;电渗析器烧膜的原因和改进意见[J];云南冶金;1979年06期
17 赵凤桐;盐水纯度对实用电解槽离子交换膜性能的影响[J];中国氯碱;1995年11期
18 周光齐;高新技术在国外茶叶加工上的运用[J];农村机械化;1996年04期
19 闻瑞梅,范伟,邓守权,张亚峰;杂质离子在EDI中的传质模型[J];净水技术;2003年01期
20 闵学颐,李鸿瑞;离子交换膜的电化学性质及应用(下)[J];中国海洋大学学报(自然科学版);1961年00期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 梁启民;张维森;祁倩;;离子交换膜处理含盐废水(处理阳离子交换柱的再生液)[A];表面处理学术讨论会论文集[C];1986年
2 卞卫华;;膜技术在电厂水处理中的应用[A];二00四年浙江省暖通空调动力学术年会论文集[C];2004年
3 陈新;冯志程;杨前荣;邵正中;;多孔天然高分子合金膜的研制及其在生物大分子分离中的应用[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
4 周震涛;何燕;;直接甲醇燃料电池非磺酸化质子交换膜的研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
5 左峻德;张行直;;台湾氢能燃料电池产业之发展[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年
6 孙志辰;李伟;曹蓓;;热电厂RO+EDI系统原理与技术特点分析[A];全国供热行业热源技术研讨会论文集[C];2004年
7 竹秀玲;王彪;王华平;;质子交换膜燃料电池过渡金属复合钌系硫族催化剂的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
8 蘇培珍;;低温固态氧化物燃料电池[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年
9 张炳力;徐德胜;方运舟;;氢燃料电池电动汽车关键技术研究[A];安徽节能减排博士科技论坛论文集[C];2007年
10 汪树军;;阳离子聚电解质电极添加剂的合成和性能测试[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 焉晓明;聚醚醚酮基氢氧根离子交换膜制备与性能研究[D];大连理工大学;2013年
2 姚丙建;磺化聚苯并噁嗪质子交换膜的合成与性能研究[D];山东大学;2014年
3 周浩;面向燃料电池的聚芳醚基聚合物电解质膜材料的制备[D];吉林大学;2013年
4 张丽媛;基于含萘基团侧链型磺化聚芳醚酮类用于质子交换膜燃料电池的膜材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2014年
5 刘磊;氟烯烃活性自由基聚合及氢氧根离子交换膜材料制备与表征[D];中国科学技术大学;2012年
6 王广进;直接硼氢化钠燃料电池阳极催化剂及膜电极研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 王广进;直接硼氢化钠燃料电池阳极催化剂及膜电极研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王光阜;基于聚芳醚碱性离子交换膜及其理化性能研究[D];大连理工大学;2012年
2 张彦普;季铵化聚醚砜氢氧根离子交换膜的制备与性能[D];大连理工大学;2013年
3 鲁丹;全钒氧化还原液流电池隔膜性能及改性研究[D];中南大学;2011年
4 刘思远;含碘聚芳醚的合成及功能化[D];吉林大学;2014年
5 程海龙;侧链型质子交换膜材料的制备与性能研究[D];长春工业大学;2014年
6 闫圣娟;钾离子交换膜的制备与性能研究[D];中国海洋大学;2011年
7 彭飞;质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D];中南大学;2013年
8 吴晓非;典型建筑使用静止型板翅式全热交换器的节能研究[D];同济大学;2007年
9 阮庆洲;基于LabVIEW的PEMFC测试平台的研究[D];上海交通大学;2010年
10 朱昆宁;聚吡咯修饰碳载催化剂的研究[D];浙江大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 董释伦;氢离子交换膜燃料电池前景看好[N];解放日报;2001年
2 周挺;“中国氢动力首号车”在上海诞生[N];中国高新技术产业导报;2001年
3 刘芝;薄膜科技及其应用[N];大众科技报;2000年
4 李菊;东芝与国际公司将合建环保型燃料电池企业[N];中国机电日报;2000年
5 本报记者 李恩青;FC车,何时驶入你家门?[N];中国高新技术产业导报;2001年
6 李辉;电池:成长最慢的“器官”[N];中国计算机报;2002年
7 中国膜工业协会 郭有智;材料创新:膜工业发展关键[N];中国化工报;2002年
8 ;美国研制出污水发电机[N];经济参考报;2004年
9 小柯;我国自主开发研制的燃料电池达国际先进水平[N];中国高新技术产业导报;2001年
10 ;电动汽车拉动相关产业[N];科技日报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978