季銨鹽型堿性陰離子交換膜的研究.pdf

1、堿性陰離子交換膜（AAEMs）作為堿性陰離子交換膜燃料電池、堿性陰離子交換膜電解池中的核心組成之一，其作用為隔絕電子、阻隔陰陽(yáng)極反應(yīng)物以及傳導(dǎo)OH-。AAEMs未來(lái)的商品化將大大推動(dòng)堿性陰離子交換膜燃料電池及電解池的發(fā)展，進(jìn)而有望替代化石燃料，達(dá)到減少CO2與空氣污染物在空氣中的排放的目的。然而現(xiàn)階段其發(fā)展仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)：其化學(xué)穩(wěn)定性不足且離子電導(dǎo)率較低。因此開(kāi)發(fā)擁有在熱堿中具有高化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電導(dǎo)率且擁有良好的機(jī)械性能的堿性

2、陰離子交換膜成為了目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本論文圍繞季銨鹽型堿性陰離子交換膜的化學(xué)穩(wěn)定性，膜的尺寸、機(jī)械穩(wěn)定性以及其離子電導(dǎo)率展開(kāi)，從分子結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)角度出發(fā)，研究分子結(jié)構(gòu)與其性能之間的構(gòu)效關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：
　　首先利用半互穿網(wǎng)絡(luò)膜的構(gòu)建解決了聚（對(duì)乙烯基芐銨）無(wú)法成膜的問(wèn)題。由膜的化學(xué)穩(wěn)定性出發(fā)，此工作選取了C-H主鏈作為膜的高分子主鏈，三甲基芐基銨根作為膜的官能團(tuán)，而將二者組合的聚（對(duì)乙烯基芐銨）卻無(wú)法成膜，所以此部分工作

3、通過(guò)引入PBI構(gòu)成半互穿網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)解決了上述問(wèn)題。PBI極佳的機(jī)械性能能夠使半互穿網(wǎng)絡(luò)膜擁有較高的IEC（單位質(zhì)量含有官能團(tuán)的摩爾數(shù)），進(jìn)而得到優(yōu)異電導(dǎo)率的堿性陰離子交換膜，解決了傳統(tǒng)半互穿網(wǎng)絡(luò)堿性陰離子交換膜電導(dǎo)率較低的問(wèn)題。由于PVBA與PBI的摩爾比及膜中交聯(lián)劑的含量會(huì)影響膜的物理化學(xué)性能、離子電導(dǎo)率、機(jī)械性能及化學(xué)穩(wěn)定性，所以二者對(duì)膜的具體影響在此部分被討論。最終PVBA-4PBI，10%C10H10的膜擁有較為優(yōu)異的綜合性能（

4、拉伸強(qiáng)度15.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率60%，電導(dǎo)率室溫26mS cm-1），顯示了良好的未來(lái)應(yīng)用前景
　　其次設(shè)計(jì)了一鏈多官能團(tuán)的堿性陰離子交換膜來(lái)解決C-H代表主鏈SEBS型堿性陰離子交換膜普遍電導(dǎo)率低下的問(wèn)題。此部分從膜的各部分結(jié)構(gòu)（官能團(tuán)數(shù)目、兩官能團(tuán)之間碳鏈長(zhǎng)度、尾端碳鏈長(zhǎng)度）的構(gòu)效關(guān)系入手，同時(shí)研究可控厚度的SEBS膜的制備方法。最終SEBS-N2C6-C6擁有較為優(yōu)異的物理化學(xué)性能及電導(dǎo)率，有望在以后批量生產(chǎn)，應(yīng)用于上述