磺化聚醚醚酮基复合质子交换膜制备及钒电池性能研究

发布时间：2024-06-13 22:57

　　针对目前全钒液流电池用磺化芳香型质子交换膜材料面临的高质子传导率和低钒离子渗透率不能兼得,以及化学稳定性差的问题,本文利用功能化碳纳米填料与磺化聚醚醚酮(SPEEK)基体之间的相互作用,改善复合膜内的物理化学环境,同时在界面处构建高效的质子传输通道,实现高性能、低成本质子交换膜的制备,为推动磺化芳香型质子交换膜材料的商业化发展提供一定的理论依据和技术路线。本文主要研究内容如下:(1)以聚多巴胺功能化碳纳米管(CNTs@PDA)为纳米填料,制备SPEEK/CNTs@PDA复合膜。研究表明,CNTs@PDA纳米填料与SPEEK基体界面处形成的酸-碱离子对有效降低了复合膜的钒离子渗透率,提高了复合膜的离子选择性。SPEEK/CNTs@PDA-1复合膜表现出较高的离子选择性17.3?10³ S min cm^-3,组装的VRFB单电池在50 m A cm^-2电流密度下的库伦效率(94.7%vs94.0%)和能量效率(85.9%vs 83.5%)均高于Nafion 117膜。100次充放电循环测试和化学稳定性测试表明,所制备的SPE...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图6-1ZC-GO的制备过程

GO和乙二胺功能化氧化石墨烯(EDA-GO)的制备过程同5.2.1和5.2.2一样。ZC-GO的合成:将0.2gEDA-GO超声分散在50mL四氢呋喃中,加入0.5g1,3-丙磺酸内酯,N2氛围下50oC反应1h,产物用水和乙醇多次洗涤,40oC烘干24h得ZC-GO....

图6-2GO、EDA-GO和ZC-GO的红外光谱图

用红外光谱对GO、EDA-GO和ZC-GO的化学结构进行了表征,结果如图6-2所示。可以看到,GO的红外光谱在1729cm-1、1631cm-1,1230cm-1和1083cm-1处分别出现了C=O,C=C,C—OH和C—O的伸缩振动峰。和GO的红外光谱相比,EDA-GO的....

图6-3GO、EDA-GO和ZC-GO的XPS全谱图(a)及EDA-GO的N1s(b),ZC-GO的N1s(C)和S2p(d)谱图

6.3.2ZC-GO的XPS分析图6-3给出了GO,EDA-GO和ZC-GO的XPS能谱图。从图6-3(a)中可以看到,GO的XPS能谱全谱中只出现C、O两种元素,而EDA-GO除了C,O之,出现了N元素。图6-3(b)给出了EDA-GO的N1s谱图,这说明EDA和GO发生化....

图6-4GO(a、b)和ZC-GO(c、d)的SEM和TEM照片

6.3.3ZC-GO的SEM形貌分析对GO和ZC-GO的微观形貌进行SEM和TEM观察。图6-4(a)是GO的SEM照片,图6-4(c)是改性后得到的ZC-GO的SEM照片,它们均以片状形式存在,片层表面存在一些褶皱。GO(b)和ZC-GO(d)的TEM照片可以更加直观清晰的....

本文编号：3993776