【摘 要】
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全钒液流电池（VRFBs）以低成本、快速响应、高能量效率、循环稳定、安全灵活和可大规模储能等优点而备受关注。阴离子交换膜（AEM）作为一类重要VRFBs隔膜,起着分隔两极电解液并传导载流离子的作用。针对AEM的离子传导率低的问题,本文设计合成了一系列侧链双季铵盐型聚芳醚AEM材料,考察了侧链长度和离子密集程度对膜性能的影响,通过研究聚合物的分子结构与阴离子交换膜的性能之间的关系,为全钒液流电池阴离
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全钒液流电池（VRFBs）以低成本、快速响应、高能量效率、循环稳定、安全灵活和可大规模储能等优点而备受关注。阴离子交换膜（AEM）作为一类重要VRFBs隔膜,起着分隔两极电解液并传导载流离子的作用。针对AEM的离子传导率低的问题,本文设计合成了一系列侧链双季铵盐型聚芳醚AEM材料,考察了侧链长度和离子密集程度对膜性能的影响,通过研究聚合物的分子结构与阴离子交换膜的性能之间的关系,为全钒液流电池阴离子交换膜的开发和应用提供重要的技术积累。主要研究内容如下:（1）将含四胺基的双酚单体9,9-双（3,5-双（N,N’-二甲基胺甲基）-4-羟基苯基）芴（BHF-A4）、双酚芴与十氟联苯以不同比例于室温下进行缩聚,合成一系列胺基功能化含氟聚芳醚（FPAEs）,再与3-溴-N,N,N-三甲基丙烷-1-溴化铵（QA-3C）和6-溴-N,N,N-三甲基己基-1-溴化铵（QA-6C）反应,分别制得侧链双季铵盐型含氟聚芳醚DQA-3C-FPAEs和DQA-6C-FPAEs。研究发现,在相似IEC情况下,DQA-6C-FPAEs的Br￣传导率比DQA-3C-FPAEs高,同时,DQA-6C-FPAEs的微观相分离程度比DQA-3C-FPAEs明显。另外,DQA-3C-FPAEs和DQA-6C-FPAEs在VO2+酸性溶液中具有较好的氧化稳定性。（2）将含八甲基的双酚单体OMBHF、双酚芴与4,4’-二氟二苯甲酮以不同摩尔比进行高温缩聚反应得到一系列含甲基的聚芳醚酮（PAEKs）,然后通过N-溴代丁二酰亚胺对甲基进行溴化,再与6-（二甲氨基）-N,N,N-三甲基己基-1-碘化铵（QA-6C-N）反应,制得一系列侧链双季铵盐型聚芳醚酮DQA-PAEKs。研究发现,DQA-PAEKs具有较高的Br￣传导率,和明显的微相分离。另外,DQA-PAEKs在VO2+酸性溶液中也具有较好的氧化稳定性。以上研究结果表明,在聚芳醚阴离子交换膜中构筑双季铵盐型侧链,可使季铵盐基团局部聚集,有助于促进亲水/疏水微相分离,使得聚合物在较低的IEC下获得较高的离子传导率;优化侧链双季铵盐间的碳链长度和增加侧链在聚合物链上的密集程度可进一步提高离子传导率。该类阴离子交换膜在全钒液流电池中具有应用潜力。
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