碱性阴离子交换膜研究进展课件

,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,碱性阴性离子交换膜的研究进展,碱性阴性离子交换膜的研究进展,2,Contents,总结,阴离子交换膜的制备及性能研究,阴离子交换膜的种类及发展情况,碱性阴离子交换膜燃料电池的工作原理,阴离子交换膜的优势和面临的问题,2Contents总结阴离子交换膜的制备及性能研究阴离子交换,3,碱性阴离子交换膜燃料电池,(AAEMFC),的工作原理,阳极,：,阴极：,总反应：,传导,OH,-,分隔两极,绝缘电子,3碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)的工作原理,AAEMFC,的优势,4,1,）效率高，,燃料的氧化和氧气的还原反应速率更快,；,2,),燃料渗透率低；,3),可以使用非贵金属作催化剂；,4,）水管理更为简单。,AAEMFC的优势41）效率高，燃料的氧化和氧气的还原反应速,5,阴离子交换膜,(AEM),面临的问题,氢氧根电导率,低，,远远不如,PEMFC,的质子电导率,Potential,disadvantages,膜的化学稳定性较差,5阴离子交换膜(AEM)面临的问题氢氧根电导率低，远远不如P,6,AEM,的性能要求,AEM,良好的热稳定性,化学稳定性,较高的,氢氧根,电导率,较低的气体或,液体渗透率,溶胀率低,价格低廉,良好的机械性能,6AEM的性能要求AEM良好的热稳定性 较高的氢氧根电导率较,7,AEM,的种类,根据功能基团的不同，,AEM,可以分为：季铵型阴离子交换膜、咪唑鎓型阴离子交换膜、胍型阴离子交换膜和季磷型阴离子交换膜等几大类,。,7AEM的种类根据功能基团的不同，AEM可以分为：季铵型阴离,8,季铵型阴离子交换膜,季铵阳离子是一种最常见的功能性基团，季铵型聚合物也是目前最常见的一类阴离子交换膜材料，其主要制备方法有两种：,1,）,季铵单体合成法,，即将含有功能基团的单体直接聚合成高分子,聚合物，再浇筑成膜,。,2,）,后季铵化法,，即先对聚合物进行化学修饰（如：氯甲基化、溴甲基化等），再与适当物质（如：三甲胺等）反应，生成季铵官能团；,8季铵型阴离子交换膜季铵阳离子是一种最常见的功能性基团，季铵,9,季铵,单体合成法制备聚烯烃,阴离子交换膜,9季铵单体合成法制备聚烯烃阴离子交换膜,10,AEM,的化学稳定性,化学稳定性,聚合物骨架,功能基团,聚合物骨架,：一般是含氟或全芳结构的材料。如部分氟化的聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酮，此外还有聚乙烯醇、聚环氧氯丙烷、聚苯、壳聚糖、乙烯基咪唑等。,功能基团的稳定性,如,Michael R.Hibbs,用聚苯作为阴离子交换膜的骨架，分别引入季铵基团、胍基基团、咪唑基团制备了三种不同功能化的碱性阴离子交换膜。发现胍型阴离子交换膜稳定性比咪唑鎓型阴离子交换膜更差，最好的是季铵型阴离子交换膜。,AEM,的碱稳定性是制约其在燃料电池中应用的主要原因。,10AEM的化学稳定性聚合物骨架功能基团聚合物骨架：一般是含,11,季铵阳离子的降解机理,1,）,季铵阳离子在碱性条件下发生的,E2,消除反应或霍夫曼降解机理,2,）,季铵阳离子在碱性条件下发生的,E1,消除反应降解机理,3,）,季铵阳离子在碱性条件下发生的亲核取代反应（,SN2,）降解机理,11季铵阳离子的降解机理1）季铵阳离子在碱性条件下发生的E2,12,课题研究思路,提高电导率,增强稳定性,季铵型聚合物；选用乙烯基咪唑为原料、聚合并进行季铵化,原料便宜；聚合简单；但成膜性很差；,聚苯并咪唑：,耐酸碱性好，且在碱性条件下很难降解；,很好的成膜性；,高强度，高韧性材料,旨在制备出电导率高、稳定的化学性能以及良好的机械性能的碱性阴离子交换膜,12课题研究思路提高电导率增强稳定性季铵型聚合物；选用乙烯基,13,碱性阴离子交换膜的制备与性能研究,聚醚苯并咪唑（,OPBI,）与聚乙烯基咪唑鎓盐（,QPVI-Hx,）以不用的质量比共混（,0.1/0.9,0.2/0.8,0.3/0.7,0.4/0.6,0.5/0.5,），加入对应量的,1,6-,二溴己烷作为交联剂交联得到一系列交联型阴离子交换膜（,0.1:0.9,0.2:0.8,0.3:0.7,0.4:0.6,0.5:0.5,），然而对这一系列膜进行表征和性能测试。,13碱性阴离子交换膜的制备与性能研究聚醚苯并咪唑（OPBI）,14,聚合物的制备,聚乙烯基咪唑（,PVI,）的合成路线,甲苯作溶剂,14聚合物的制备聚乙烯基咪唑（PVI）的合成路线甲苯作溶剂,15,聚合物的制备,季铵化聚乙烯基咪唑（,QPVI-Hx,）的合成路线,15聚合物的制备季铵化聚乙烯基咪唑（QPVI-Hx）的合成路,季铵化率图,16,季铵化率图16,PVI,和,QPVI,红外图,17,PVI和QPVI红外图17,18,OPBI,的合成,18OPBI的合成,OPBI,红外图,19,OPBI红外图19,20,AAEM,的制备过程,将,OPBI,和,QPVI,分别溶解在,DMSO,中，控制固含量约在,5%,，冷却混合，并加入互补比例的,1,6-,二溴己烷,过滤、脱泡、浇筑涂膜；,在恒温烘箱,80,约,6h,；真空烘箱中,110,热处理,3h,将制备的一系列膜浸泡在,1M NaOH,溶液中,48h,，进行,OH,-,交换，得到碱性阴离子交换膜,20AAEM的制备过程 将OPBI和QPVI分别溶解在DMS,21,制膜过程中可能发生的反应,1.,2.,21制膜过程中可能发生的反应1.,22,AEM,的结构与性能表征,红外表征,22AEM的结构与性能表征红外表征,23,耐热性能,23耐热性能,24,宏观表征,OPBI/QPVI-0.1g/0.9 OPBI/QPVI-0.2/0.8 OPBI/QPVI-0.3/0.7,OPBI/QPVI-0.4/0.6 OPBI/QPVI-0.5/0.5,24宏观表征,25,机械性能表征,注：由于,OPBI/QPVI-0.5/0.5,出现了比较严重的相分离现象，几次测试结果差别较大，所以在此不列出。,QPVI,膜模量很小，无法测试其力学性能，所以在此也不列出。,25机械性能表征,26,溶胀率、吸水率和离子交换容量（,IEC,）,26溶胀率、吸水率和离子交换容量（IEC）,27,电导率,27电导率,28,总结,1.PVI,聚合物容易得到，不需要作进一步纯化，且侧链上的咪唑易被季铵化，得到功能化的季铵盐。,2.,选用季铵化理论值,75%,的,QPVI,与,OPBI,共混涂膜，一方面是将剩余的,25%QPVI,用,1,6-,二溴己烷作为交联剂交联，增加膜的机械性能，另一方面季铵化未反应的,PVI,提高,IEC,。,3.,比例,0.2/0.8,0.3/0.7,0.4/0.6,0.5/0.5,良好的机械性能和低的溶胀率,4.,电导率远不如,nafion212,，部分膜出现相分离，相容性不好。,28总结1.PVI聚合物容易得到，不需要作进一步纯化，且侧,29,展望,由于电导率低和化学稳定性差的原因，目前还没有一种,AEM,能够应用于,AAEMFCs,。,聚苯并咪唑,(PBI),具有优良的机械性能，抗氧化性和热稳定性，是作为阴离子交换膜骨架的理想材料之一,，可以对其进行修饰和功能化，很大可能性将应用于,AAEMFCs,。,29展望由于电导率低和化学稳定性差的原因，目前还没有一种AE,Thanks for your attention,！,Thanks for your attention！,