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高性能阴离子交换膜连续网络结构离子通道的构建与性能研究

批准号:
21706020
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王建川
依托单位:
学科分类:
光化学与电化学工程
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王俊、刘灵惠、程霞、李盼、廖云川、董琴

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
阴离子交换膜(AEM)作为碱性聚电解质燃料电池的核心部件之一,其应用仍受制于低离子传导率和低稳定性。本申请提出基于“连续网络”思想的离子通道网络设计方法,拟通过物理共混、核-壳共聚和表面接枝,将少量的离子交换基团负载于热塑性聚合物微球(尺寸可低至约10 nm)表面或界面,巧妙利用聚合物微球的界面限域作用,通过热压,控制阳离子交换基团有序分散于热压后的相邻聚合物相区之间界面,构建三维连续的高效、稳定离子通道网络,并通过网络结构的调控,获得在极低离子交换能力(IEC)条件下,具有高离子传导率和高机械稳定性的优异AEM。
英文摘要
As a key component of alkaline polymer electrolyte membrane fuel cell, anion exchange membrane (AEM) still suffers from low ionic conductivity and low stability. This proposal proposes a novel design method to construct highly efficient ionic channel based on “continuous network”, i.e., to surface/interface functionalize polymer microspheres with a small amount of ionic exchange group through physical blending, core-shell emulsion copolymerization and surface grafting, then heat-press to form AEM, acquire highly efficient and stable 3-D ionic transport network with the interface confinement of polymer phases. Subsequently, tune the network structure to obtain excellent AEM with both high ionic conductivity and mechanical stability at a very low ionic exchange capacity (IEC).
阴离子交换膜(AEM)作为碱性聚电解质燃料电池的核心部件之一,其应用仍受制于低离子传导率和低稳定性。本项目提出基于“连续网络”思想的离子通道网络设计方法,拟通过物理共混、核-壳共聚和表面接枝,将少量的离子交换基团负载于热塑性聚合物微球(尺寸可低至约10 nm)表面或界面,巧妙利用聚合物微球的界面限域作用,通过热压,控制阳离子交换基团有序分散于热压后的相邻聚合物相区之间界面,构建三维连续的高效、稳定离子通道网络,并通过网络结构的调控,获得在极低离子交换容量(IEC)条件下,具有高离子传导率和高机械稳定性的优异AEM。项目实施期间,主要按照原计划的三个方案开展了研究,但因为遇到一些困难,未能按照原方案完成目标。但项目组研究人员依据高效离子通道设计思想,利用季铵化纳米纤维素、静电纺丝纤维、互穿聚合物网络等方法,构建了高效离子网络,完成了制备了性能优异的AEM的目标,为高性能尤其是高电导率AEM的制备提供了多种参考策略。项目期间发表SCI论文4篇,EI论文1篇;受邀请报告2次;培养硕士毕业生2名,在读博士生2名,在读硕士生2名;以项目成果之一IPN AEMs为思想,成功申请国家自然科学基金面上基金1项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.229377
发表时间: 2021-02
期刊: Journal of Power Sources
影响因子: 9.2
作者: [Lingping Zeng;Yunchuan Liao;Jianchuang Wang;Zidong Wei]
通讯作者: Lingping Zeng;Yunchuan Liao;Jianchuang Wang;Zidong Wei
Anion Exchange Membrane Based on Interpenetrating Polymer Network with Ultrahigh Ion Conductivity and Excellent Stability for Alkaline Fuel Cell
基于互穿聚合物网络的超高离子电导率和优异稳定性的碱性燃料电池阴离子交换膜
DOI: 10.34133/2020/4794706
发表时间: 2020-05
期刊: Research
影响因子: 11
作者: [Lingping Zeng, Qian He, Yunchuan Liao, Shangyi Kuang, Jianchuan Wang, Wei Ding, Qiang Liao, Zidong Wei]
通讯作者: Zidong Wei
DOI: --
发表时间: 2019
期刊: 化工学报
影响因子: --
作者: [袁伟, 曾玲平, 王建川, 魏子栋]
通讯作者: 魏子栋
Enhanced Conductivity of Anion-Exchange Membrane by Incorporation of Quaternized Cellulose Nanocrystal
通过加入季铵化纤维素纳米晶体增强阴离子交换膜的电导率
DOI: 10.1021/acsami.8b05298
发表时间: 2018-07-18
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Cheng, Xia, Wang, Jianchuan, Wei, Zidong]
通讯作者: Wei, Zidong
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    燃料电池超支化芳基哌啶阴离子交换膜聚集态结构调控
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      0万元
    • 批准年份:
      2024
    • 负责人:
      王建川
    • 依托单位:
    基于互穿聚合物网络(IPN)结构的高性能燃料电池阴离子交换膜制备与应用研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      --
    • 资助金额:
      64万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      王建川
    • 依托单位:
    基于互穿聚合物网络(IPN)结构的高性能燃料电池阴离子交换膜制备与应用研究
    • 批准号:
      22078031
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      64.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      王建川
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金