[發明專利]兩性離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410427458.5
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104250383B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 謝曉峰;李存璞;王樹博
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08G73/08
• 分類號: C08G73/08;C08J5/22;C08L79/06;H01M8/0239
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 王振華

本發明涉及一種兩性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：提供十氟苯噁二唑、二烯丙基雙酚A和催化劑，并將所述十氟苯噁二唑、二烯丙基雙酚A和催化劑混合反應獲得一基礎聚合物；將該基礎聚合物與一鹵化劑混合反應形成一鹵化聚合物；將該鹵化聚合物與一功能化試劑混合反應形成一聚噁二唑芳醚基接枝聚合物，其中，所述功能化試劑為具有氨基和磺酸基雙功能基團的氨基磺酸類化合物，以及將該聚噁二唑芳醚基接枝聚合物成膜形成所述兩性離子交換膜。

技術領域

本發明涉及一種用于液流電池或燃料電池的兩性離子交換膜及其制備方法，尤其涉及一種基于聚噁二唑芳醚基的兩性離子交換膜及其制備方法。

背景技術

新能源領域成為當代研究的熱點。液流電池如全釩液流電池作為一種大規模的儲能裝置受到了越來越多的關注，被認為有潛力應用于風能、太陽能等新能源發電領域的儲能設備。燃料電池則憑借可以直接將化學能轉為電能以及接近零排放的特點而備受重視。離子交換膜是液流電池與質子交換膜燃料電池中的重要組件之一。離子交換膜為全釩液流電池中正負極電解液提供導電通道并阻止不同價態釩離子的滲透混合，因此，離子交換膜應具備必要的導電率、好的尺寸穩定性、低滲透和能長時間使用的特點。此外，強酸的工作環境下還要求離子交換膜具有良好的耐酸性。

用于液流電池中的離子交換膜多為全氟磺酸類的陽離子交換膜（Nafion膜），此類膜在具有高的離子傳導率和優異穩定性的同時，又具有低的離子選擇性。但這種陽離子交換膜存在釩離子的滲透問題，目前，出現了大量陰離子交換膜的研究。陰離子交換膜帶有正電荷，受道南效應(Donnan effect)的影響，能夠阻止釩離子的滲透。但是，與陽離子交換膜相比，陰離子交換膜的離子傳導率小，嚴重影響了液流電池的充放電性能。

兩性離子交換膜由于其骨架上既有陰離子交換基團也有陽離子交換基團，其陰離子交換基團能夠有效的阻止釩離子遷移。申請號為201110090533.X的中國專利公布了一種兩性離子交換膜的制備方法，對聚合物粉體聚偏氟乙烯進行輻照接枝；將輻照接枝后聚合物粉體轉化成膜材料，然后進行磺化、水解，引入具有磺酸根基團，和叔氨基來制備兩性離子交換膜。然而，這種方法制備工序較復雜，不利于產業化生產。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種制作簡單、具有較低成本且易于產業化生產的兩性離子交換膜及其制備方法。

一種兩性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：提供十氟苯噁二唑、二烯丙基雙酚A和催化劑，并將所述十氟苯噁二唑、二烯丙基雙酚A和催化劑混合反應獲得一基礎聚合物；將該基礎聚合物與一鹵化劑混合反應形成一鹵化聚合物；將該鹵化聚合物與一功能化試劑混合反應形成一聚噁二唑芳醚基接枝聚合物，其中，所述功能化試劑為具有氨基和磺酸基雙功能基團的氨基磺酸類化合物，以及將該聚噁二唑芳醚基接枝聚合物成膜形成所述兩性離子交換膜。

一種兩性離子交換膜，該兩性離子交換膜的結構式為：

，

其中，所述R為同時具有陽離子和陰離子的氨基磺酸支鏈，n為該結構式中重復單元的數量。

本發明實施例通過采用十氟苯噁二唑單體與烯丙基雙酚A共聚得到基礎聚合物，對該基礎聚合物進行鹵化后與同時具有氨基和磺酸基的功能化試劑功能化制備得到了所述聚噁二唑芳醚基兩性離子交換膜。該方法中，由于使用了同時具有氨基和磺酸基的功能化試劑，從而陰陽離子交換基團的功能化反應一步完成，此外，該方法采用的原料成本低廉、產率高，且反應條件溫和，易于產業化。制備獲得的兩性離子交換膜的離子傳導率、機械性能與熱穩定性均優異，而且具有較好的耐酸堿性。從而大大提高了該兩性離子交換膜在液流電池領域的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的兩性離子交換膜的制備方法示意圖。

圖2為本發明實施例1-3制備的兩性離子交換膜的離子傳導率測試對比圖。