基本介紹
- 中文名：新型聚降冰片烯基陰離子交換膜的構築與性能研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：謝曉峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離子交換膜在VFB中具有至關重要的作用，是VFB性能提升的最大瓶頸之一。本申請書擬設計合成降冰片烯基陰離子單體或/陽離子輔助單體，同時利用雙環戊二烯單體，進行適度交鏈，通過開環易位聚合，獲得結構明確、機械性能優良的離子交換膜聚合物。研究相關活性基團、聚合工藝對聚合物結構、組成、分子量和分子量分布的影響。通過對聚合物適度交鏈度、活性基團結構基元的調控及對離子交換膜分子結構-性能、VFB性能關係的研究，了解陰離子交換膜分子結構的設計關鍵，開發出具有可控結構、性能優良的離子交換膜，為研製具有自主智慧財產權的VFB陰離子交換膜提供新的研發思路。
結題摘要
我們設計了雙季銨功能化的單體1,6-雙(N(甲基，降冰片烯-5,6-二亞甲基))己基銨碘鹽（HDHM-iodide），以降冰片烯為共聚單體採用開環移位聚合（ROMP）製備了聚(HDHM-降冰片烯-OH-)系列陰離子交換膜。通過1H NMR、13C NMR和FT-IR對單體和聚合物離子交換膜的結構進行了表征。當單體與降冰片烯配比為1:2時，膜具有最高IEC (Ion Exchange Capacity)值，可達2.32 mmol·g-1，此時的膜在60 °C下吸水率能夠達到28.04 %而溶脹率僅為6.2 %。室溫下聚(HDHM-降冰片烯-OH--12)和聚(HDHM-降冰片烯-Cl--12)的離子傳導率可達到27 mS·cm-1和14 mS·cm-1，並隨溫度升高而迅速增大。TGA測試和力學性能測試顯示，聚(HDHM-降冰片烯)系列陰離子交換膜具有良好的熱穩定性和力學性能。離子交換膜在室溫下2 M NaOH溶液中表現出良好的耐鹼穩定性，經歷384 h浸泡後IEC仍能保持原有數據的90 %。當處理溫度升高至60 °C時膜的耐鹼性能變差，經過384 h的鹼處理過後，IEC僅能保持原有數值的65 %。通過Materials Studio軟體的QMERA模組對聚(HDHM-降冰片烯)系列陰離子交換膜在鹼性環境下不同降解機理的反應能壘計算，發現在鹼性環境下發生降解最可能的機理順序為Hofmann消除＞親核取代降解反應。由聚(HDHM-降冰片烯-OH--12)組裝的燃料電池的最大功率可以達到42.56 mW·cm-2，組裝的液流電池庫倫效率可以達到93 %，能量效率可以達到77 %。
