用于电解水无醚碱性聚合物膜制备与性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:linsl2003
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在众多制氢方法中,阴离子交换膜电解水(AEMWE)技术具有成本低、环境友好(不考虑电的来源)和制氢稳定性高的优点,近年来受到了广泛的关注。作为AEMWE的核心部件,阴离子交换膜(AEM)的性能对电解池的性能起着至关重要的作用。因此,开发具有良好的离子传导率和较高稳定性的AEM具有重要意义。本论文通过一步溴烷基化反应将柔性长侧链引入到聚(苯乙烯-co-丙烯腈)上制备了季铵化聚(苯乙烯-co-丙烯腈)阴离子交换膜。接着通过温和可控的酸催化缩聚反应合成了不含芳基醚键的聚芳靛红聚合物基膜,改善了膜的耐碱稳定性。为了改善膜的氢氧根离子传导率,通过调控聚合物柔性侧链长度来促进膜内亲水/疏水微相分离作用。本文通过6-溴-1-己烯和聚(苯乙烯-co-丙烯腈)的超强酸催化缩聚反应合成了溴烷基化聚(苯乙烯-co-丙烯腈)材料,而后与三甲胺进行功能化反应制备了季铵化聚(苯乙烯-co-丙烯腈)阴离子交换膜。在测试期间,膜的溶胀度没有变化,表现出良好的尺寸稳定性。基于该膜的电池在50°C的1 mol L-1 KOH溶液中2.5 V时的电流密度为576mA cm-2。为了改善聚合物的化学稳定性,通过对三联苯和靛红的简单可控酸催化缩聚反应成功合成了一种无芳基醚键的聚芳靛红材料,而后与1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶溴化铵进行季铵功能化反应制备了哌啶功能化聚对三联苯靛红阴离子交换膜。30°C时膜的氢氧根离子传导率达到33 mS cm-1。膜在80°C、1 mol L-1 KOH水溶液中浸泡774 h后离子交换容量可以保持初始值的85%,并且化学结构没有明显变化,显示出良好的耐碱稳定性。基于该膜的电池在1 mol L-1 KOH、50°C、2.5 V时的电流密度为312 mA cm-2,且电池在200 mA cm-2的电流密度下运行约33 h后电压增加速率较慢,表现出可比较的电化学性能。为了进一步改善膜的氢氧根离子传导率,采用调控柔性侧链长度的方法来优化膜的亲水/疏水微相分离结构。通过联苯和靛红在超强酸催化作用下缩聚反应合成了一种无芳基醚键的聚芳靛红聚合物,而后与不同链长的N-甲基哌啶溴化铵进行季铵化反应制备了不同侧链修饰聚联苯靛红阴离子交换膜。膜的氢氧根离子传导率在30°C时达到37 mS cm-1。在80°C、1 mol L-1 KOH水溶液中经过237 h的耐碱性测试后其IEC仍可以保持测试前的97%,表现出令人满意的碱性稳定性。基于该膜的电池在50°C的1 mol L-1 KOH溶液中2.5 V时的电流密度达到601 mA cm-2,显示出良好的极化性能。
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