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摘要：质子交换膜燃料电池作为本世纪至关重要的替代电源设备,其性能受到广泛的关注,然而制约其进展的成本与寿命不足,也不得不被引起重视。其化学耐久性作为影响其寿命的重要理由之一,也备受关注。本论文以化学退化行为、退化机理以及化学耐久性改善措施方面对全氟质子交换膜的化学耐久性进行的总结,目前的探讨进展表明质子交换膜的失效主要理由是自由基攻击高分子的缺陷末端基团,将羧酸基团还原成二氧化碳和F离子,以而导致树脂高分子开链式分解而失效；羟基自由基来源于双氧水分解而产生,其产生速度随温度升高而升高、膜中的氢氧气体扩散随湿度降低而增大。由此,在膜中掺杂自由基捕获剂以减少双氧水和自由基的浓度,或者消除高分子的末端缺陷基团有利于提升膜的化学耐久性。这里提出了对全氟磺酸简易的化学稳定性改性的策略是在不断升高的温度下载反荷离子和多元醇的协助下对缺陷基团水热脱羧法。然而对于多元醇溶剂的选取我们通过一系列的实验测试,结果表明乙二醇比起异丙醇作为溶剂参与反应,具有更大的优势。在温度升高的历程中,其羧基缺陷基团都有一定的减少,然而乙二醇的降低比异丙醇要更显著。还有在220℃下,以乙二醇作为溶剂的全氟磺酸电解质也比以异丙醇作为溶剂的全氟磺酸电解质膜的缺陷基团更加少。所以综合一系列因素在接下来的实验中,选择乙二醇作为溶剂参与反应。对上面提出的对全氟磺酸简易的化学稳定性改性的策略是在不断升高的温度下载反荷离子和乙二醇的协助下对缺陷基团水热脱羧法。结果表明末端缺陷羧基基团能被广泛地移除,并且在200-220℃下脱羧后发现末端的羧基也显著减少。全氟磺酸的脱羧反应很大程度上提升了全氟磺酸电解质对过氧化氢自由基的化学稳定性,在自由基腐蚀12小时后高浓度的S2p和Fls仍旧有着于全氟磺酸电解质中。在不断升温的电解质的脱羧反应后也改善了全氟磺酸侧链的稳定性。氟离子流失速率随着脱羧反应温度的升高而减小,意味着聚合物侧链的开裂更少。综上所述,可以证实这个简易脱羧反应对全氟磺酸电解质膜的化学稳定性是有很大的提升的,并随着温度的不断升高,化学耐久性也随之增强。关键词：全氟质子交换膜论文耐久性论文化学退化论文多元醇论文温度论文反离子论文
摘要4-5
Abstract5-9
第1章 引言9-26
1.1 全氟质子交换膜的化学退化行为10-13
1.2 化学衰减的退化机理13-19
1.3 全氟磺酸质子交换膜化学稳定性的改善措施19-22
1.4 全氟质子交换膜化学耐久性的探讨进展22-25
1.5 本论文选题以及拟解决不足25-26
第2章 全氟磺酸电解质耐久性的改善策略中溶剂的选取26-35
2.1 实验26-27
2.1.1 试剂与材料26-27
2.1.2 全氟磺酸离聚物的水热法脱羧27
2.1.3 脱羧后全氟磺酸聚合物膜的制备27
2.2 测试与表征27-28
2.2.1 电解质膜的结构以及特性27-28
2.2.2 电解质膜的电化学性能28
2.3 结果与讨论28-34
2.3.1 全氟磺酸电解质的脱羧28-33
2.3.2 全氟磺酸电解质膜的质子传导率33-34
2.4 小结34-35
第3章 全氟磺酸电解质的耐久性的简易改善策略：升温历程中用反离子协助脱羧法35-47
3.1 实验36-37
3.1.1 试剂与材料36
3.1.2 全氟磺酸离聚物的水热法脱羧36
3.1.3 脱羧后全氟磺酸聚合物膜的制备36-37
3.2 测试与表征37-38
3.2.1 电解质膜的结构以及特性37
3.2.2 电解质膜的化学耐久性37-38
3.2.3 电解质膜的电化学性能38
3.3 结果与讨论38-45
3.3.1 全氟磺酸电解质的脱羧38-41
3.3.2 全氟磺酸电解质的化学退化和耐久性41-44
3.3.3 全氟磺酸电解质的降解动力学44-45
3.3.4 全氟磺酸电解质膜的质子传导率45
3.4 小结45-47
第4章 结论与展望47-50
4.1 主要结论47-48
4.2 展望48-50
致谢50-51