基于细菌纤维素的质子交换膜的制备、表征及其在燃料电池中的应用研究的开题报告

基于细菌纤维素的质子交换膜的制备、表征及其在燃料电池中的应用研究的开题报告一、研究背景及意义近年来，燃料电池作为一种清洁、高效、环保的能源转换技术备受关注。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种较为成熟、应用广泛的燃料电池类型，具有高能量转化效率、低排放、轻量化等优点，逐渐成为燃料电池技术发展的重点之一。质子交换膜作为重要的PEMFC组件，对于燃料电池的性能和寿命有着重要的影响。目前市场上的商业化质子交换膜大多采用短基聚合物或膜基聚合物等材料制备，但这些材料的耐久性和稳定性不高，会限制PEMFC的长时间运行，因此不断寻求新的质子交换膜材料已成为当前PEMFC研究的重要方向。基于细菌纤维素的质子交换膜因其具备天然生物可降解性、化学稳定性、高温稳定性和较好的质子传递性能等优势，吸引了越来越多的研究者的关注。目前，国内外已有许多关于基于细菌纤维素的质子交换膜制备及其应用的相关研究，但涉及到细菌纤维素作为基础材料的质子交换膜的商业化应用仍然有待进一步开发和研究。因此，本研究意在通过制备基于细菌纤维素的质子交换膜，并对其进行表征和性能测试，探究其在PEMFC中的应用，为开发高性能、高稳定性质子交换膜提供新的思路和方法。二、研究内容和方法1.研究内容（1）制备基于细菌纤维素的质子交换膜，并对其进行表征（2）研究质子传递性能、化学稳定性以及耐久性等性能（3）探讨基于细菌纤维素的质子交换膜在PEMFC中的应用2.研究方法（1）制备基于细菌纤维素的质子交换膜：利用发酵法从生物中提取细菌纤维素，并采用自组装改性法和溶液浇铸法等方法制备质子交换膜。（2）对质子交换膜进行表征：采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)等手段对质子交换膜进行形态、结构、化学成分等方面的表征。（3）研究质子传递性能：通过交流阻抗谱(EIS)、质子通量测试等方法研究质子交换膜的传递性能。（4）研究化学稳定性：采用酸、碱等强氧化剂对质子交换膜进行化学稳定性测试。（5）研究耐久性：采用质子交换膜燃料电池进行耐久性测试，并对燃料电池的性能进行评估和分析。三、研究预期结果通过上述研究方法，将得到以下结果：（1）成功制备基于细菌纤维素的质子交换膜，并对其进行表征。（2）明确基于细菌纤维素的质子交换膜的传递性能、化学稳定性、耐久性等基本性能指标。（3）探讨基于细菌纤维素的质子交换膜在PEMFC中的应用，并评估其性能表现。（4）为未来开发高性能、高稳定性质子交换膜提供新的思路和方法，为PEMFC技术的发展做出贡献。四、参考文献[1]ZhaoH,ChenS,LingP,etal.Combustionsynthesisofproticionicliquidsembeddedsulfonatedpoly(fluorenyletherketone)hybridmembranesforfuelcelltechnologies.AppliedEnergy,2019,236:7-16.[2]SunD,HuangY,ZhouY,etal.Quaternizedpolybenzimidazole/multiwalledcarbonnanotubecompositemembraneasprotonexchangemembranefuelcell.AppliedEnergy,2019,237:874-881.[3]ChenC,CaiW,LiuE,etal.Novelquaternizedpoly(vinylalcohol)/chitosancompositemembranesforapplicationsinhightemperatureprotonexchangemembranefuelcells.JournalofPowerSources,2017,348:138-147.[4]ZhangY,ZhouL,JiangZ,etal.Grapheneoxide-dopedsulfonatedpolyimidecompositemembranesforhightemperatureprotonexchangemembranefuelcells.JournalofPowerSources,2017,344:229-238.[5]ZhuL,XuJ,WangS.Sulfonatedpoly(etheretherketone)/functionalizedmulti-walledcarbonnanotubescompositemembr