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1. 研究目的与意义（文献综述）
燃料电池是一种能通过电化学反应直接将化学物质含有的化学能转化为电能的化学装置，其转换效率理论上可高于75%，目前的发展技术已达50%，高于目前成熟的火力发电技术的35%的转换效率[1]。聚合物电解质膜燃料电池可分为质子交换膜燃料电池(pemfcs)和碱性阴离子交换膜燃料电池(aemfcs)[2]。阴离子交换膜燃料电池（aemfcs）是一种以氢气为燃料，以koh或naoh溶液为电解质的能源转换装置[3]。与pemfcs相比, aemfcs的电极反应动力学更快, 可以使用非贵金属催化剂, 避免了pt贵金属催化剂的使用, 降低了电池成本[4]。aemfcs凭借其优越性能引起了各国科学家的广泛研究：
（1）电池性能好。在碱性介质中, 氧气还原的动力学优于酸性介质中，而氧还原速率是影响燃料电池性能的重要因素[5]。（2）燃料渗透率低。氢氧根离子的迁移方向与所加燃料在膜中的渗透方向相反, 能够有效降低燃料的透过[6]。（3）电池成本低，可用催化剂的选择范围大。因为氧还原效率在碱性环境下有较大的提升，能够使用便宜的非贵金属, 如fe,ni, ag等，从而降低燃料电池的成本；同时燃料电池中的电解质koh溶液的来源广泛，价格便宜，也会降低电池的成本[7]。（4）启动温度低，启动容易。由于aemfcs的氧还原效率高，并且电解液koh的凝固点低，故而电池在低温条件下也具备良好的性能，常温下电池的启动速度快[8]。
作为aemfcs的关键部件，阴离子交换膜（aem）一方面起着氢氧根离子传导的功能, 另一方面能阻隔燃料和氧化剂，防止燃料渗透而造成电池内部短路，因此其性能优劣直接影响着aemfcs的使用性能[9]。为了满足aemfcs的运行条件, 理想的aem必须具备较高的oh 电导率、良好的热稳定性、优异的机械性能和耐碱性[10]。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究的基本内容
材料制备：通过自由基聚合制备苯乙烯/丙烯腈/二甲基二烯丙基氯化铵共聚物，并调整三种单体的聚合配比制备阴离子交换膜。
材料表征：在红外光谱仪上收集4000cm-1和500cm-1之间的傅里叶变换红外(ftir)光谱。使用核磁共振氢谱对聚合物结构进行分析。使用热重差示扫描量热法(tg-dsc)系统，在空气条件下以5℃/min的加热速率从室温至700℃进行热重差示扫描量热法(tg-dsc)。使用拉伸试验机在室温下在2mm/min的十字头速度下测量膜的拉伸强度。样品的宽度为10毫米，钳口之间的长度为30毫米。使用场发射扫描电子显微镜(zeiss ultra plus)进行膜的形态学表征。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备，确定技术方案，并完成开题报告。
第4－8周：按照设计方案，合成含吡咯烷季胺离子共聚物，并通过流延法制备阴离子交换膜。
第9－12周：采用傅里叶变换红外光谱测试（ftir）、核磁共振氢谱、扫描电子显微镜等测试技术对吡咯烷阴离子交换膜进行结构表征；对吡咯烷阴离子交换膜的力学性能、离子交换容量、吸水率和溶胀度进行测试。
4. 参考文献（12篇以上）
[1].衣宝廉. 燃料电池的原理, 技术状态与展望[j]. 电池工业, 2003, 8(1): 16-22.
[2].smitha b, sridhar s, khan a a. solid polymer electrolyte membranes for fuel cell applications—a review[j]. journal of membrane science, 2005, 259(1-2): 10-26.
[3].varcoe j r, atanassov p, dekel d r, et al. anion-exchange membranes in electrochemical energy systems. energy environ sci, 2014, 7: 3135–3191.
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