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物理化学学报 2011年第11期27卷 2665-2670页

作者：刘玲玲丁蕾徐莉乔锦丽盛嘉伟东华大学环境科学与工程学院上海201620 浙江工业大学化学工程与材料学院杭州310032

高稳定性碱性阴离子交换膜的制备已成为碱性固体电解质膜研究领域的一大热点.本文通过聚乙烯醇化学交联改性制备出了季铵化羟乙基乙氧基纤维素碱性阴离子交换膜(PVA/QHECE).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重(TG)分析、交流(AC)阻抗... 详细信息

高稳定性碱性阴离子交换膜的制备已成为碱性固体电解质膜研究领域的一大热点.本文通过聚乙烯醇化学交联改性制备出了季铵化羟乙基乙氧基纤维素碱性阴离子交换膜(PVA/QHECE).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重(TG)分析、交流(AC)阻抗等方法考察了复合膜的分子结构、热稳定性、耐碱稳定性及离子电导率等性能.详尽考察了交联时间、交联剂含量、聚合物组成对成膜力学强度、含水率以及oh^-电导率的影响.实验结果表明:随着交联时间的增加,膜的溶胀率降低,力学强度随之增强,而离子电导率随膜含水率的降低没有发生明显变化,室温下oh^-的电导率在3.26×10^(-4)-4.44×10^(-4)S·cm^(-1)范围内变化.热重分析结果显示:掺入42.9%的QHECE时,膜的热分解温度达260℃.此外,将PVA/QHECE膜在6 mol·L^(-4) Koh浓碱溶液中80℃浸渍处理168 h,膜的电导率从4.90×10^(-4)S·cm^(-1)提高到9.68×10^(-4)S·cm^(-1),而膜的外观和力学强度以及含水率未发生明显变化,这一结果表明该膜具有很好的耐碱化学稳定性,有望作为一种新型的碱性燃料电池用离子交换膜.

关键词：碱性阴离子交换膜聚乙烯醇季铵化羟乙基乙氧基纤维素共混化学交联 oh-电导率耐碱稳定性

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基于聚乙烯醇的交联碱性离子液体的阴离子交换膜

基于聚乙烯醇的交联碱性离子液体的阴离子交换膜

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作者：陈镜宇长春工业大学

学位级别：硕士

社会的飞速发展推动了新的能源需求,而可再生的清洁能源是未来的发展趋势之一。燃料电池因其可以将氢气和氧气中储存的化学能转化为电能,实现清洁、高效、无污染的发电而成为相关领域研究热点。但目前已商业化的质子交换膜燃料电池需要... 详细信息

社会的飞速发展推动了新的能源需求,而可再生的清洁能源是未来的发展趋势之一。燃料电池因其可以将氢气和氧气中储存的化学能转化为电能,实现清洁、高效、无污染的发电而成为相关领域研究热点。但目前已商业化的质子交换膜燃料电池需要搭载铂等贵金属催化剂,因此降低生产成本是燃料电池的重要问题。于是,碱性燃料电池的兴起逐渐成为解决这一问题的突破口。但是,与质子交换膜燃料电池中的氢离子相比,氢氧根离子的扩散系数较低,在燃料电池中的传输速率也相对较低,因而提高阴离子交换膜的离子传导率变的尤为重要。同时,阴离子交换膜燃料电池在高碱性条件下的耐碱稳定性和机械稳定性也成为其发展的桎梏。本论文报告了一种可简单高效合成交联型碱性阴离子交换膜的方法。通过采用4-吡啶甲醛的碘化物[PYBy][I]和4-(咪唑-1-基)苯甲醛的碘化物[PVMIm][I]作为离子传导基团,分别与聚乙烯醇(PVA)和4-二甲基氨基苯甲醛(DBA)的稳定基团原位交联,制备基于碱性吡啶和咪唑离子液体(ILs)的阴离子交换膜。之后将两种膜浸泡于氢氧化钠溶液中进行离子交换,得到氢氧化物交换膜[PYBy][oh]-DBA和[PVMIm][oh]-DBA。通过核磁共振氢谱,场发射扫描电镜,热重分析等方法详细分析了两种阴离子交换膜的分子结构、热稳定性、机械稳定性、氧化稳定性、耐碱稳定性、电导率和含水率,以及组分效应对膜性能的影响。结果表明:两种阴离子交换膜内部形成了致密且稳定的网络结构,所得到的两种交联共聚物薄膜表现出较高的oh离子电导率(在室温下高于10S/cm),在稳定基团(PVA-DBA)质量比不变的情况下,其离子传导率随着膜中离子液体含量的增加而增加,且在PVA与离子液体的质量比为1:0.6时达到最高值,此后随着离子液体含量的增加而下降。所制得的两种阴离子交换膜均拥有良好的化学稳定性和机械性能。4-(咪唑-1-基)苯甲醛咪唑盐相较于4-吡啶甲醛是更为稳定的传导基团,因此[PVMIm][oh]-DBA具有比[PYBy][oh]-DBA更优秀的热稳定性、机械稳定性、氧化稳定性及耐碱稳定性,但电导率较低。两种阴离子交换膜均以聚乙烯醇为基底,因此具有一定的生物降解性,结合超分子作用,极大的简化了AEMs制备过程,同时整个实验过程中均为水相合成,干净环保,同时具有令人满意的离子传导率。

关键词：碱性阴离子交换复合膜离子液体季铵基团咪唑基吡啶基 oh-电导率

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