《無機物增強型陰離子交換複合膜電解質的研究》是依託東北大學，由何榮桓擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無機物增強型陰離子交換複合膜電解質的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何榮桓
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
以陰離子交換膜為電解質的化學電池因可使用非貴金屬催化劑、無液體滲漏且對材料腐蝕性小、液體燃料透過率低以及易組裝等優勢而受到研究者的青睞。然而由於氫氧根離子遷移速率較慢,且聚合物膜材料在鹼性介質中易降解等問題，致使鹼性膜電池在輸出功率、使用壽命和穩定可靠性等方面的性能亟待提高。對此，本項目提出研製無機增強型陰離子交換複合膜，旨在利用無機物的強穩定性和鹼性，改善陰離子膜電解質的穩定性和導電率；通過對無機物結構的有機化修飾並利用靜電作用及溶膠凝膠原理，解決無機有機複合材料的相容性；利用無機礦物的層間結構和離子交換特性製備具有高電導率的無機/有機複合膜；研究聚合物在強鹼介質中的降解規律以及與無機材料的複合途徑,設計調整複合膜的結構和相態分布，製備具有高性能的無機物修飾的陰離子交換膜。該研究將在微-介觀尺度調控有機無機材料的相態和相容性，實現有機無機物在性能上的互補,為研製新型膜電解質進行有益探索。
結題摘要
陰離子交換膜為電解質的化學電池可使用非貴金屬催化劑、無液體滲漏且對材料腐蝕性小、液體燃料透過率低以及易組裝等優勢而備受關注。然而由於聚合物膜材料電導率低，且在鹼性介質中易降解等問題，致使鹼性膜電池在輸出功率、穩定可靠性及使用壽命等性能亟待提高。對此，本項目提出研製無機增強型陰離子交換複合膜，以改善陰離子膜電解質的導電率和穩定可靠性。 對聚合物基體材料的結構包括主鏈、側基、交聯結構以及交聯劑的結構和性能等進行了設計和最佳化，以利於提升膜電解質材料的整體性能；研究了不同功能基團以及其化學結構環境對膜電解質性能的影響；篩選無機材料和無機成分進行表面修飾和結構改性，在粒徑大小、荷電狀態、親疏水性質等不同方面進行改性和研究，以提升其與聚合物基體材料的相容性和摻雜效果；研製了一系列不同種類的離子導體膜電解質，並對其電導率、機械性能、化學穩定性、甲醇透過率、結構和形貌、單電池性能等進行了全面的分析表征；研究了膜電解質的相關傳質過程以及降解機理。 揭示了陰離子交換膜在鹼性介質中的自由基降解新機制。在鹼性介質非隔絕氧氣的條件下，證實了自由基的產生，且自由基抑制劑通過與自由基反應，可阻止季銨鹽的降解，進而提升了陰離子交換膜的耐鹼穩定性，為研製耐鹼性陰離子交換膜，提升其穩定可靠性提供了新思路。篩選出多種無機礦物質或無機化合物進行了結構修飾和改性，並用其修飾改性離子導體膜電解質，製備了無機物摻雜量高達30%的複合膜。各類無機相與有機基體的良好相容性，提升了複合膜的性能。引入自由基抑制劑合成膜電解質，明顯提升了膜電解質在鹼性工作介質中的穩定性，可在80 ℃耐受1MKOH 1000 h。此外，對輔助抗氧劑與主抗氧劑以不同摩爾比進行復配摻雜得到的膜電解質，可以在60 ℃、2 M KOH 中浸泡超過1200 h後，依然可保持其原有電導率接近80 %。引入深度學習智慧型技術，構建智慧型神經網路模型，為膜電解質的設計合成、及性能預測將起到良好的指導作用。
