【摘 要】
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燃料电池(fuel cells)作为一种清洁、可重复使用的替代能源,具有转化高效,低噪音排放,快负荷响应等优点,具有广泛的应用前景。其中,由于碱性阴离子交换膜燃料电池使用的催化剂较为廉价,节约成本,因此与质子交换膜燃料电池相比,具有良好的商业化前景更好。阴离子交换膜是AAEMFCs中的一个关键组件,其性能与电池性能有重要影响。所以制备具有高电导率、高化学稳定性、高机械强度和适中吸水溶胀度的阴离子交
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燃料电池(fuel cells)作为一种清洁、可重复使用的替代能源,具有转化高效,低噪音排放,快负荷响应等优点,具有广泛的应用前景。其中,由于碱性阴离子交换膜燃料电池使用的催化剂较为廉价,节约成本,因此与质子交换膜燃料电池相比,具有良好的商业化前景更好。阴离子交换膜是AAEMFCs中的一个关键组件,其性能与电池性能有重要影响。所以制备具有高电导率、高化学稳定性、高机械强度和适中吸水溶胀度的阴离子交换膜至关重要。本文主要从小分子角度出发合成并研究了几种主链型吡咯烷盐和季铵盐的小分子阳离子及其对应的阴离子交换膜,通过调节阳离子间烷基链的长度或者阳离子的种类,比较其耐碱稳定性,并制备得到相应的阴离子交换膜。主要工作内容如下:(1)成功合成并表征了一系列吡咯阳离子小分子化合物并对其进行耐碱性测试,结果发现阳离子间的协同作用可以提高阳离子的耐碱稳定性,也通过理论计算来证明,相邻阳离子之间的协同作用将导致吡咯烷盐基团中α-C的电荷密度降低,并增强OH-攻击的能垒值,因此提高了耐碱稳定性。根据相应吡咯型阳离子主链聚合物制备得到的阴离子交换膜,具有较好的电导率、热稳定性及耐碱稳定性。(2)成功合成并表征了带有不同阳离子的小分子单体,通过核磁共振及对其耐碱性进行分,结果表明吡咯型离子液体具有较好的耐碱稳定性,同时通过理论计算来分析小分子离子液体在碱溶液中的主要降解方式。随后通过缩聚反应得到阳离子主链型聚合物,制备得到相应的阴离子交换膜,对其吸水率、机械性能、电导率和耐碱性等性能进行测试,发现膜具有较好的电导率(55 ms cm-1)和耐碱性。
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