聚降冰片烯陰離子交換膜制備及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、陰離子交換膜是一種由聚合物鏈和傳導(dǎo)陰離子的功能基團組成的離子聚合物,廣泛應(yīng)用于燃料電池和液流電池。在燃料電池中作為隔膜應(yīng)用時,不僅能夠起到阻隔H2、O2的相互擴散,傳導(dǎo)OH-的作用,而且可以使用價格低廉的非貴金屬催化劑,降低電池的成本。在液流電池中作為隔膜應(yīng)用時,膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的陽離子基團能夠很好地阻礙釩離子的滲透,提高電池的庫倫效率。但是陰離子交換膜也存在耐堿性能差、離子傳導(dǎo)率偏低等缺點。
  本文設(shè)計了雙季銨功能化的單體1,6-雙

2、(N(甲基,降冰片烯-5,6-二亞甲基))己基銨碘鹽(HDHM-iodide),以降冰片烯為共聚單體采用開環(huán)易位聚合(ROMP)制備了聚(HDHM-降冰片烯-OH-)系列陰離子交換膜。通過1H NMR、13C NMR和FTIR對單體和聚合物離子交換膜的結(jié)構(gòu)進行了表征。當單體與降冰片烯配比為1:2時,膜具有最高IEC(Ion Exchange Capacity)值,可達2.32mmol·g-1,此時的膜在60 ℃下吸水率能夠達到28.04

3、%,而溶脹率僅為6.2%。室溫下聚(HDHM-降冰片烯-OH--12)和聚(HDHM-降冰片烯-Cl--12)的離子傳導(dǎo)率可達到27mS·cm-1和14mS·cm-1,并隨溫度升高而迅速增大。TGA測試和力學性能測試顯示,聚(HDHM-降冰片烯)系列陰離子交換膜具有良好的熱穩(wěn)定性和力學性能。離子交換膜在室溫下2M NaOH溶液中表現(xiàn)出良好的耐堿穩(wěn)定性,經(jīng)歷384h浸泡后IEC仍能保持原有數(shù)據(jù)的90%。當處理溫度升高至60 ℃時膜的耐堿性

4、能變差,經(jīng)過384h的堿處理過后,IEC僅能保持原有數(shù)值的65%。
  通過Materials Studio軟件的QMERA模塊對聚(HDHM-降冰片烯)系列陰離子交換膜在堿性環(huán)境下不同降解機理的反應(yīng)能壘計算,發(fā)現(xiàn)在堿性環(huán)境下發(fā)生降解最可能的機理順序為Hofmann消除>親核取代降解反應(yīng)。由聚(HDHM-降冰片烯-OH--12)組裝的燃料電池的最大功率可以達到42.56mW·cm-2,組裝的液流電池庫倫效率可以達到93%,能量效率

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