燃料电池论文多面体硅氧烷接枝氮杂环在高温质子交换膜中的应用

1、 燃料电池论文：多面体硅氧烷接枝氮杂环在高温质子交换膜中的应用【中文摘要】质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有较高的能量转化效率和对坏境的友好性,而在交通运输和固定电源应用上引人关注。而提高电池的运行温度到100-200,可以在提高燃料利用效率和降低催化剂CO中毒等方面更有优势,但是含有磺酸根(-SO3H)的质子交换膜(如Nafion膜),在高温下会由于膜中的水含量降低造成质子传导率下降而不能在高温时使用。因此,新型质子传导介质的开发就成为燃料电池高温化的一个重要课题。本文将通过利用氮杂环类离子液体和多面体硅氧烷两种化合物的可设计性合成两种体系的化合物,并对Nafion溶液掺杂制得复合膜,

2、并对复合膜性能进行研究,得到以下结论：(1)通过完全水解氯丙基三甲氧基硅烷的方法,制得含有八条有机活性支链的六面体倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane,POSS),利用其支链上所带的活性基团与有机氮杂环(丙基咪唑和丙基三唑)相结合,得到多功能有机-无机结合的POSS-咪唑和POSS-三唑化合物,并经过红外光谱和核磁共振光谱表征,证实合成路线正确。最后把两种化合物对Nafion掺杂制得复合膜。(2)分别对Nafion/POSS-咪.【英文摘要】Proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs) have been

3、 considered as attractive energy conversion devices for both automobiles and stationary applications because of their high energy density, high energy conversion efficiency, and environmental friendliness. High-temperature operation of PEMFCs in the range of 100-200is further beneficial because of t

4、he improved fuel efficiency and the reduced catalyst poisoning by CO. The proton conductivity of proton exchange membranes containing sulfonic acids(-SO3H), s.【关键词】燃料电池 高温化 六面体硅氧烷 离子液体 质子传导率【英文关键词】Fuel cell High temperature POSS Ionic liquid Proton conductivity【目录】多面体硅氧烷接枝氮杂环在高温质子交换膜中的应用摘要4-5Abstrac

5、t5-6第1章 引言9-171.1 高温质子交换膜的研究进展及挑战9-101.2 氮杂环离子液体及多功能硅氧烷的应用10-151.2.1 氮杂环离子液体在高温燃料电池中的应用11-131.2.2 多功能低聚倍半硅氧烷的特性及其应用13-151.3 本论文研究的目的和意义15-17第2章 六面体倍半硅氧烷接枝氮杂环制备17-222.1 实验17-212.1.1 试剂和仪器17-182.1.2 POSS的合成182.1.3 POSS-咪唑和POSS-三唑的合成18-202.1.4 Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑复合膜的制备20-212.2 小结21-22第3章 Nafi

6、on/POSS-咪唑复合膜性能测试和表征22-363.1 测试与表征22-253.1.1 扫描电子显微镜(SEM)和元素能谱分析22-233.1.2 原子力显微镜(AFM)和静电力显微镜(EFM)分析233.1.3 热分析233.1.4 热机械(TMA)分析233.1.5 机械性能分析23-243.1.6 电导率测试243.1.7 单电池测试24-253.2 结果与讨论25-343.2.1 Nafion/POSS-咪唑复合膜表面形貌表征及元素分析25-273.2.2 Nafion/POSS-咪唑复合膜AFM和EFM分析27-293.2.3 Nafion/POSS-咪唑复合膜热性能分析29-30

7、3.2.4 Nafion/POSS-咪唑复合膜热机械性能分析30-323.2.5 Nafion/POSS-咪唑复合膜机械性能分析32-333.2.6 Nafion/POSS-咪唑复合膜电导率测试33-343.2.7 Nafion/POSS-咪唑复合膜制高温MEA单电池测试343.3 小结34-36第4章 Nafion/POSS-三唑复合膜性能测试和表征36-484.1 测试与表征36-374.2 结果与讨论37-464.2.1 Nafion/POSS-三唑复合膜SEM表征37-384.2.2 Nafion/POSS-三唑复合膜元素及其分布分析38-394.2.3 Nafion/POSS-三唑复

8、合膜AFM和EFM分析39-414.2.4 Nafion/POSS-三唑复合膜热性能分析41-424.2.5 Nafion/POSS-三唑复合膜热机械性能分析42-444.2.6 Nafion/POSS-三唑复合膜机械性能分析44-454.2.7 Nafion/POSS-三唑复合膜电导率测试45-464.2.8 Nafion/POSS-三唑复合膜单电池测试464.3 小结46-48第5章 对二种复合膜性能比较48-545.1 Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑表面形貌对比48-495.2 Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑复合膜与Nafion膜的热机械性能比较49-505