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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
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:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王建川

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)因可使用非贵金属催化剂,而具有比质子交换膜燃料电池(PEMFCs)更诱人的前景,但其商业化严重受制于高性能阴离子交换膜(AEMs)的发展。目前AEMs面临的主要科学问题是其离子电导率和稳定性(包括机械和碱性稳定性)不足,本申请拟通过IPN结构的构筑与调控,在AEMs内部构建高效离子传输通道,并利用互穿结构确保高机械稳定性,同时设计采用具有高耐碱性的离子交换基团和不含杂原子的高分子主链,提高化学稳定性。主要研究内容包含高碱性稳定性离子交换基团及主链设计、IPN AEMs膜制备与结构调控、膜结构与性能表征以及燃料电池应用研究。最终制备出具有高离子电导率和高稳定性的高性能IPN AEMs,并成功实现燃料电池应用。
英文摘要
Although alkaline anion exchange membrane fuel cell (AEMFCs) is more attractive than proton exchange membrane fuel cell (PEMFCs) due to the low cost of non-precious metal catalyst adopted, the commercialization of AEMFCs is obstructed by the development of high performance anion exchange membrane (AEMs). Up to now, the main problems of AEMs were the ion conductivity and mechanical & chemical stability. In this proposal, AEMs based on interpenetrating polymer network (IPN) shall be synthesized. Highly efficient ion channel can be formed through the IPN structural control, and mechanical stability can be guaranteed by the unique interlaced polymer network, the alkaline stability will be greatly improved via adoption of high alkaline resistance ion exchange groups and backbone without heteroatom. The study of this proposal including synthesis of highly alkaline stable cation exchange groups and backbone, membranes fabrication, structure and properties study of IPN AEMs, as well as fuel cell application study. It aims at the successful preparation of high performance IPN AEMs and realizing its real application in fuel cell.
碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)因可使用非贵金属催化剂,而具有比质子交换膜燃料电池(PEMFCs)更诱人的前景,但其商业化严重受制于高性能阴离子交换膜(AEMs)的发展。目前AEMs面临的主要科学问题是其离子电导率和稳定性(包括机械和碱性稳定性)不足,本项目通过IPN结构的构筑与调控,在AEMs内部构建高效离子传输通道,并利用互穿结构确保高机械稳定性,同时设计采用具有高耐碱性的离子交换基团和不含杂原子的高分子主链,提高化学稳定性。主要研究内容包含高碱性稳定性离子交换基团及主链设计、IPN AEMs膜制备与结构调控、膜结构与性能表征以及燃料电池应用研究。成功合成了由交联季铵化聚(乙烯基苄基氯)和交联聚(乙烯醇)组成的IPN AEMs,构建出高效的离子传输通道,在中等IEC(1.61 mmol g-1)下实现较高的OH-电导率(141.7 mS cm-1@80 oC);进一步采用将两种聚合物网络均离子化的方法,利用交联季铵化聚(2,6-二甲基-1,4-苯氧基)(cQPPO)/交联季铵化聚(乙烯基苄基氯)(cPVBMP)成功制备出双阳离子型IPN AEMs,IEC提高到2.23 mmol g-1,所制备的IPN AEMs 表现出了优异的OH- 导电率,在80 oC时达到了160.5 mS cm-1;将不可旋转的大刚性咔唑基团引入聚芳基哌啶(PAP)主链中,成功制备一系列无杂原子的聚咔唑芳基哌啶AEM,由于不可旋转的咔唑分子增加了聚合物内部的自由体积,该AEM实现电导率的显著提升,高达 204.8 mS cm-1@90 ℃。 同时,刚性的PAP主链结构使得AEM具备高机械强度(>50 MPa)、适当的吸水率以及低尺寸溶胀。此外,该AEM由无杂原子主链和稳定的哌啶阳离子构成,具有良好的耐碱稳定性,在 1 M KOH、80 ℃条件下运行2100 h,电导率衰减仅3%。应用于燃料电池,峰值功率密度高达 1.72 Wcm-2,并稳定运行 160 h。本项目结论和成果可为氢能电化学器件提供合适的阴离子交换膜解决方案。
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:
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
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    王建川
  • 依托单位:
国内基金
海外基金