基于自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜制备及其物理化学性质

以氯甲基杂环聚醚酮(CMPPEK)为原料,加入三乙胺进行铵化,并分别加入二乙烯三胺(DETA)和二乙胺(DEA),生成的仲胺基(或叔胺基)与邻近分子链氯甲基团进行自交联.经过制膜和离子交换反应,制备了DETA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DETA-QPPEK-OH)和DEA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DEA-QPPEK-OH).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱对制备自交联膜的化学结构进行表征.研究了DETA-QPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的理化性质,结果表明前者具有较低吸水率和更低溶胀度.通过研究DETAQPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的离子传导率随温度的变化规律,结果表明在80°C时其离子传导率分别达到0.060和0.028 S cm-1,表明本文制备的自交联膜具有较高离子传导率.此外还通过热重分析(TGA)对两类自交联膜的热稳定性进行了研究.     

锌电极放电过程及失效机制数值分析

锌-空气电池是一种高能量的电池体系.实验表明, 在大功率工作条件下, 锌电极的材料利用率随电流密度的增加而急剧下降. 为探索其在大功率工作条件下的放电机理, 本文针对这一过程建立了一维数学模型, 通过数值求解模拟多个物理量如离子浓度、传递电流密度、电极孔隙度、固体氧化锌等在电极内部的分布变化情况, 在此基础上分析电极的性能. 数值结果分析表明, 固体氧化锌对电极内质量传输过程的限制是导致电极失效的根本原因. 其析出时间及在电极内部的集中分布位置对电极性能有显著影响; 而仅当其体积分数超过30%-35%的范围后才开始显著限制传质过程. 讨论了电极的优化措施, 模拟表明更高的溶液电导率,更大的电极孔隙度有利于增加大功率工作条件下电极的材料利用率. 但最重要的是保持电极内部氢氧根离子的浓度在一个较高的值,对于封闭式电极可以通过补液实现, 理想情况为设计一个电解液循环式的锌电极.     

酸性AlCl3-BMIC离子液体中的铝阳极溶解

采用线性扫描伏安法研究了Lewis 酸性AlCl₃-BMIC (BMIC: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride)离子液体中铝电极的溶解. 铝电极在阳极极化时出现了钝化现象, 钝化是由于在铝电极表面形成了固体AlCl₃钝化膜造成的. 铝的电化学溶解过程可以依次分为三个区: 电化学控制区、过渡区和钝化区. 在电化学控制区, 铝的电化学溶解速率随着电位的正移而逐渐增加; 在过渡区, 由于电极表面AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-浓度发生改变而析出固体AlCl₃使得铝电化学溶解速率随着电位的正移而逐渐减小; 当钝化膜形成之后, 铝的电化学溶解速率不再随着电位的正移而发生改变, 铝溶解进入钝化区. 增加搅拌、升高温度、降低离子液体AlCl₃摩尔分数都可以增加铝溶解阳极极限电流密度.     

用于直接甲醇燃料电池的侧链型磺化聚芳醚酮/聚乙烯醇交联膜的制备与性能研究

以高磺化度的侧链型磺化聚芳醚酮(S-SPAEK)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过溶液共混的方法在120℃下制备了PVA含量不同的S-SPAEK/PVA交联膜.红外光谱图表明S-SPAEK聚合物中的磺酸基团与PVA中的羟基反应生成酯键而形成共价交联.通过对交联膜的性能测试发现PVA的引入明显降低了膜的甲醇渗透系数,改善了膜的溶胀性,提高了膜的保水能力.S-SPAEK/PVA(85/15)交联膜水的脱附系数从S-SPAEK的3.1×10-8 cm2/s降低到2.9×10-9 cm2/s.在25℃和60℃时S-SPAEK/PVA(85/15)交联膜的甲醇渗透系数分别为2.6×10-7cm2/s和3.9×10-7cm2/s,明显低于相同温度下的纯S-SPAEK膜的8.1×10-7cm2/s与14.5×10-7cm2/s,而其质子传导率虽然有所下降,但是在25℃和80℃时分别达到了0.055 S/cm和0.083 S/cm,能够满足直接甲醇燃料电池(DMFCs)对质子交换膜的要求,有望在DMFCs中得到应用.     

Pt 含量对Co@Pt/C核壳结构催化剂性能的影响

采用两步还原法制得Co@Pt/C核壳结构催化剂, 其中Co与Pt 的总质量分数为20%. 通过改变金属前驱体的用量, 制备了不同Co:Pt 原子比的Co@Pt/C 催化剂, 以20% (w) Co@Pt(1:1)/C 与20% (w) Co@Pt(1:3)/C 表示. 采用透射电镜(TEM)、光电子射线能谱分析(XPS)、循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)等方法考察了其结构与性能, 并与实验室早先制备的40% (w) Co@Pt/C 催化剂进行了比较. 自制20% Co@Pt(1:1)/C 与20% Co@Pt(1:3)/C 催化剂的金属颗粒直径约为2.2-2.3 nm, 在碳载体上分散均匀, 粒径分布范围较窄, 电化学活性比表面积(ECSA)分别为56 和60 m²·g^-1, 均超过商用催化剂20% Pt/C(E-tek) (ECSA=54 m²·g^-1). 20%Co@Pt(1:1)/C 与20% Co@Pt(1:3)/C 的半波电位相较于40% Co@Pt(1:1)/C 和40% Co@Pt(1:3)/C 均向正向移动, 表现出更好的氧还原(ORR)催化活性, 并有望降低催化剂的成本, 在质子交换膜燃料电池领域表现出良好的应用前景.     

改进的时变时滞Lurie系统绝对稳定性判据与分析

研究一类时变时滞Lurie系统的鲁棒性和绝对稳定性问题.根据时变时滞分段分析方法,引入三重积分算子设计一个新的Lyapunov-Krasovskii泛函,得到一些保守性更小的时滞相关稳定性判据.采用相互凸松弛方法与边界不等式相结合,避免忽略泛函微分中的有用项,减少额外自由变量及计算量.通过数值实验分析表明了所提方法的有效性和先进性.     

一类Hermitian鞍点矩阵的特征值估计

本文研究了一类大型稀疏Hermitian鞍点线性系统Az=(B E E* 0)(x y)=(f g)=b系数矩阵的特征值,其中B∈C~(p×p)是Hermitian正定阵矩阵,E∈C~(p×q)是列降秩.本文分别给出了该系数矩阵正特征值与负特征值界的一个估计式,同时通过数值算例验证本文所给出的特征值界的估计是合理且有效的.     

实对称五对角矩阵Procrustes问题

本文研究了实对称五对角矩阵Procrustes.利用矩阵的奇异值分解简化问题,得到了实对称五对角矩阵X极小化,最后给出数值算例说明方法的有效性.     

非奇异H-矩阵的一类新判定

本文研究了非奇异H-矩阵的数值判定问题.利用不等式的放缩方法,获得了一类判别非奇异H-矩阵的新判据,推广了相关已有结果,并通过数值实例说明了本文结果判断范围的更广泛性.     

一类非线性时滞网络控制系统的无源性分析

本文研究了一类非线性时滞网络控制系统的无源性问题.利用Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式(LMI)技术,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,在考虑两种不同时滞的情况下,获得了系统满足无源性的充分条件,最后通过仿真算例验证了结论的正确性和方法的有效性.