1、燃料電池論文：多面體硅氧烷接枝氮雜環(huán)在高溫質(zhì)子交換膜中的應用【中文摘要】質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率和對壞境的友好性,而在交通運輸和固定電源應用上引人關注。而提高電池的運行溫度到100-200,可以在提高燃料利用效率和降低催化劑CO中毒等方面更有優(yōu)勢,但是含有磺酸根(-SO3H)的質(zhì)子交換膜(如Nafion膜),在高溫下會由于膜中的水含量降低造成質(zhì)子傳導率下降而不能在高溫時使用。因此,新型質(zhì)子傳導介質(zhì)的開發(fā)就成為燃料電池高溫化的一個重要課題。本文將通過利用氮雜環(huán)類離子液體和多面體硅氧烷兩種化合物的可設計性合成兩種體系的化合物,并對Nafion溶液摻雜制得復合膜,并

2、對復合膜性能進行研究,得到以下結(jié)論：(1)通過完全水解氯丙基三甲氧基硅烷的方法,制得含有八條有機活性支鏈的六面體倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane,POSS),利用其支鏈上所帶的活性基團與有機氮雜環(huán)(丙基咪唑和丙基三唑)相結(jié)合,得到多功能有機-無機結(jié)合的POSS-咪唑和POSS-三唑化合物,并經(jīng)過紅外光譜和核磁共振光譜表征,證實合成路線正確。最后把兩種化合物對Nafion摻雜制得復合膜。(2)分別對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 th

4、e improved fuel efficiency and the reduced catalyst poisoning by CO. The proton conductivity of proton exchange membranes containing sulfonic acids(-SO3H), s.【關鍵詞】燃料電池 高溫化 六面體硅氧烷 離子液體 質(zhì)子傳導率【英文關鍵詞】Fuel cell High temperature POSS Ionic liquid Proton conductivity【目錄】多面體硅氧烷接枝氮雜環(huán)在高溫質(zhì)子交換膜中的應用摘要4-5Abstract

5、5-6第1章 引言9-171.1 高溫質(zhì)子交換膜的研究進展及挑戰(zhàn)9-101.2 氮雜環(huán)離子液體及多功能硅氧烷的應用10-151.2.1 氮雜環(huán)離子液體在高溫燃料電池中的應用11-131.2.2 多功能低聚倍半硅氧烷的特性及其應用13-151.3 本論文研究的目的和意義15-17第2章 六面體倍半硅氧烷接枝氮雜環(huán)制備17-222.1 實驗17-212.1.1 試劑和儀器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-三唑復合膜的制備20-212.2 小結(jié)21-22第3章 Nafio

6、n/POSS-咪唑復合膜性能測試和表征22-363.1 測試與表征22-253.1.1 掃描電子顯微鏡(SEM)和元素能譜分析22-233.1.2 原子力顯微鏡(AFM)和靜電力顯微鏡(EFM)分析233.1.3 熱分析233.1.4 熱機械(TMA)分析233.1.5 機械性能分析23-243.1.6 電導率測試243.1.7 單電池測試24-253.2 結(jié)果與討論25-343.2.1 Nafion/POSS-咪唑復合膜表面形貌表征及元素分析25-273.2.2 Nafion/POSS-咪唑復合膜AFM和EFM分析27-293.2.3 Nafion/POSS-咪唑復合膜熱性能分析29-303

7、.2.4 Nafion/POSS-咪唑復合膜熱機械性能分析30-323.2.5 Nafion/POSS-咪唑復合膜機械性能分析32-333.2.6 Nafion/POSS-咪唑復合膜電導率測試33-343.2.7 Nafion/POSS-咪唑復合膜制高溫MEA單電池測試343.3 小結(jié)34-36第4章 Nafion/POSS-三唑復合膜性能測試和表征36-484.1 測試與表征36-374.2 結(jié)果與討論37-464.2.1 Nafion/POSS-三唑復合膜SEM表征37-384.2.2 Nafion/POSS-三唑復合膜元素及其分布分析38-394.2.3 Nafion/POSS-三唑復合

8、膜AFM和EFM分析39-414.2.4 Nafion/POSS-三唑復合膜熱性能分析41-424.2.5 Nafion/POSS-三唑復合膜熱機械性能分析42-444.2.6 Nafion/POSS-三唑復合膜機械性能分析44-454.2.7 Nafion/POSS-三唑復合膜電導率測試45-464.2.8 Nafion/POSS-三唑復合膜單電池測試464.3 小結(jié)46-48第5章 對二種復合膜性能比較48-545.1 Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑表面形貌對比48-495.2 Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑復合膜與Nafion膜的熱機械性能比較49-505.