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直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮膜材料的制备与研究

作　者: 付铁柱
导　师: 那辉
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 磺化聚醚醚酮 质子交换膜 直接甲醇燃料电池 原位法 环氧树脂 有机-无机复合膜
分类号: TM911.4
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


具有高磺化度(Ds=1.2)的磺化聚醚醚酮具有溶胀率大、全湿状态下机械性能差和甲醇渗透率高等缺点,无法满足直接甲醇燃料电池的应用要求。由于上述原因,分别采用可交联有机物复合和无机物复合的方法,制备出磺化聚醚醚酮/环氧树脂复合膜材料和磺化聚醚醚酮/无机复合膜材料。采用原位聚合的方法,制备出高阻醇性能的磺化聚醚醚酮/环氧树脂膜材料。为了提高磺化聚醚醚酮/环氧树脂膜材料的质子传导率,以分子设计为基础,将环氧树脂的固化剂——酚醛树脂的部分酚羟基被脂肪族磺酸基团取代,制备出具有优良的力学性能、低溶胀率、高阻醇性能和高的选择透过性的磺化聚醚醚酮/磺化环氧树脂复合膜材料。为了提高磺化聚醚醚酮/无机复合膜材料的质子传导率,分别制备了磺化聚醚醚酮/磺化蒙脱土复合材料和磺化聚醚醚酮/KH550/磷钨酸无机复合材料,获得具有高质子传导率和高选择透过性的复合膜材料。

全文目录


内容提要  4-11
第一章 绪论  11-47
  1.1 引言  11-12
  1.2 直接甲醇燃料电池(DMFC)  12-20
    1.2.1 DMFC 的工作原理和和关键部件  13-14
    1.2.2 DMFC 的优点  14
    1.2.3 影响DMFC 的因素  14-16
    1.2.4 DMFC 技术的发展概况  16-17
    1.2.5 DMFC 的应用  17-20
  1.3 质子交换膜概况  20-40
    1.3.1 质子交换膜在燃料电池中的作用  20
    1.3.2 直接甲醇燃料电池对质子交换膜的要求  20-21
    1.3.3 质子交换膜的研究进展  21-40
  1.4 磺化聚芳醚酮  40-45
    1.4.1 聚芳醚酮  40
    1.4.2 磺化聚芳醚酮类聚合物质子交换膜材料  40-43
    1.4.3 磺化聚醚醚酮的改性  43-45
  1.5 本论文的设计思想  45-47
第二章 实验试剂与测试仪器  47-53
  2.1 实验试剂  47-48
  2.2 测试手段与结构研究方法  48-53
    2.2.1 结构研究方法  48
    2.2.2 性能测试  48-52
    2.2.3 微观形态测试  52-53
第三章 磺化聚醚醚酮/环氧树脂复合膜材料的制备与性能研究  53-89
  3.1 引言  53
  3.2 磺化单体的合成与结构研究  53-56
    3.2.1 磺化单体的合成  53-54
    3.2.2 磺化单体的结构研究  54-56
  3.3 高磺化度的四甲基联苯型磺化聚醚醚酮（Ds=1.2）的合成与结构研究  56-60
    3.3.1 磺化聚醚醚酮（Ds=1.2）的合成  56-57
    3.3.2 磺化聚醚醚酮（Ds=1.2）的结构研究  57-60
  3.4 联苯型环氧树脂（TMBP）的合成与结构研究  60-63
    3.4.1 环氧树脂的合成  60
    3.4.2 环氧树脂的结构研究  60-62
    3.4.3 环氧树脂的固化剂  62-63
  3.5 SPEEK/TMBP/PA 复合体系  63-74
    3.5.1 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的制备  63
    3.5.2 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的结构研究  63-64
    3.5.3 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的表面形态  64-65
    3.5.4 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的热性能  65-67
    3.5.5 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的机械性能  67-68
    3.5.6 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的吸水率、溶胀率和水脱附  68-71
    3.5.7 SPEEK/TMBP/PA 复合膜的 IEC、质子传导率、甲醇渗透率和选择性研究  71-74
  3.6 SPEEK/TMBP/PN 复合体系  74-86
    3.6.1 TMBP 与PN 反应动力学  75-78
    3.6.2 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的制备  78
    3.6.3 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的结构研究  78-79
    3.6.4 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的微观形态  79-80
    3.6.5 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的热性能  80-81
    3.6.6 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的机械性能  81
    3.6.7 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的 IEC、吸水率、溶胀率和水脱附  81-84
    3.6.8 SPEEK/TMBP/PN 复合膜的质子传导率、甲醇渗透率和选择性研究  84-86
  3.7 本章小结  86-89
第四章 磺化聚醚醚酮/磺化环氧树脂复合膜材料的制备与性能研究  89-107
  4.1 引言  89
  4.2 用磺酸内酯为原料合成的含有磺化脂肪族侧链的芳香型质子交换膜材料  89-92
  4.3 磺化酚醛树脂(PNBS)的合成及其结构研究  92-95
    4.3.1 PNBS 的合成  92-93
    4.3.2 PNBS 的结构研究  93-95
  4.4 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的制备  95
  4.5 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的微观形态  95-99
  4.6 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的热性能  99-100
  4.7 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的机械性能  100-101
  4.8 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的IEC、吸水率和溶胀率  101-103
  4.9 SPEEK/TMBP/PNBS 复合膜材料的甲醇渗透率、质子传导率和选择性研究  103-105
  4.10 本章小结  105-107
第五章 磺化聚醚醚酮/磺化蒙脱土复合膜材料的制备与性能研究  107-121
  5.1 引言  107
  5.2 蒙脱土  107-110
    5.2.1 蒙脱土的结构  107-108
    5.2.2 蒙脱土的特征  108-109
    5.2.3 蒙脱土的有机化改性  109-110
  5.3 磺化蒙脱土（clay-SO_3H）的制备与结构研究  110-112
    5.3.1 磺化蒙脱土（clay-SO_3H）的制备  110
    5.3.2 磺化蒙脱土（clay-SO_3H）的结构研究  110-111
    5.3.3 磺化蒙脱土（clay-SO_3H）接枝含量的测定  111-112
  5.4 SPEEK/clay-SO_3H 复合膜材料的制备  112-113
  5.5 SPEEK/clay-SO_3H 复合膜材料的热性能  113-114
  5.6 SPEEK/clay-SO_3H 复合膜材料的机械性能  114-116
  5.7 SPEEK/clay-SO_3H 复合膜材料的吸水率及水脱附  116-117
  5.8 SPEEK/clay-SO_3H 复合膜材料的质子传导率、甲醇渗透率和选择性研究  117-119
  5.9 本章小结  119-121
第六章 磺化聚醚醚酮/硅烷偶联剂/磷钨酸复合膜材料的制备与性能研究  121-137
  6.1 引言  121
  6.2 杂多酸  121-124
    6.2.1 杂多酸的结构  121-123
    6.2.2 杂多酸的固载  123-124
  6.3 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的制备  124-125
  6.4 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的结构研究  125-127
    6.4.1 FTIR  125
    6.4.2 SEM/EDX  125-127
  6.5 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的微观形态  127-128
  6.6 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的热性能  128-129
  6.7 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的IEC、吸水率及溶胀率  129-131
  6.8 SPEEK/KH550/PWA 复合膜材料的质子传导率、甲醇渗透性和选择性研究  131-136
  6.9 本章小结  136-137
第七章 结论  137-139
参考文献  139-159
作者简历  159
攻读学位期间发表的学术论文  159-163
致谢  163-164
中文摘要  164-168
Abstract  168-172

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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