[發明專利]一種燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜及制備方法

在審

• 申請號: 202011004143.1
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112898539A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 朱紅;龍川
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G61/10
• 分類號: C08G61/10;H01M8/1027;H01M8/103;H01M8/1072;H01M8/1081
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 耿小強

本發明涉及一種燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜及制備方法，屬于燃料電池技術領域；以溴代烷基取代的靛紅單體與聯苯類單體發生聚合反應作為聚合物主鏈，季銨基團作為陽離子功能基團，最后流延成膜；這種堿性膜的側鏈長度可以通過不同的側鏈取代靛紅來控制。該主鏈不含醚鍵，同時長側鏈的結構使陽離子基團遠離主鏈，使膜具有強耐堿性。其疏水性長側鏈的結構可以在膜內構建微觀相分離結構，形成高效的離子傳輸通道，使膜具有高的離子傳導率。同時，該堿性膜也擁優異的機械性能，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種堿性膜及制備方法，特別涉及一種燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜及制備方法，屬于燃料電池堿性膜制備技術領域。

技術背景

近年來，堿性膜燃料電池(alkaline anion exchange membrane fuel cell(AAEMFCs))受到越來越多的關注，這是因為，堿性膜燃料電池能在堿性環境中使用非貴金屬催化劑，并且在陰極擁有更快的氧化還原反應動力學，為實現廉價的低鉑或無鉑燃料電池技術提供了可能的途徑，以期望能替代高成本的質子交換膜燃料電池(proton exchangemembrane fuel cells(PEMFCs))。

陰離子交換膜燃料電池的核心部件為陰離子交換膜(anion exchange membrane(AEM)),也叫堿性膜，其主要作用為傳導氫氧根離子并隔離陰陽極燃料，因此，高性能堿性膜的制備成為發展該燃料電池的主要挑戰，然而，現堿性膜存在的問題有：(1)離子傳導率低；(2)耐堿性差；(3)機械性能差。

常用的聚合物主鏈，由于含有砜基或醚鍵等吸電子基團的存在，導致其堿性條件下容易受到氫氧根離子進攻，導致膜主鏈發生降解，從而使堿性膜的性能降低，因此，科學家提出，使用聚芳烴型純碳鏈骨架作為聚合物主鏈，同時通過長的疏水烷基側鏈接枝陽離子基團，提高堿性膜的耐堿性、提高其壽命。

近年來，科學家制備了具有強耐堿性的聚聯苯哌啶類堿性膜，然而，聚聯苯哌啶類堿性膜的陽離子基團仍直接連在其聚合物主鏈上，限制了其耐堿性和離子傳導率。

因此，開發一種易制備、高離子傳導率、強耐堿性和尺寸穩定性的堿性膜及其制備方法，對堿性膜燃料電池的應用具有非常重要的實際意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜，使其具有高離子傳導率、強耐堿性和機械穩定性的特點。

本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的：

一種燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜，由長側鏈型聚芳烴靛紅聚合物制成，長側鏈型聚芳烴靛紅的主鏈的結構式如下，其中n＝2-8；

長側鏈為含有叔胺基團的單體。

優選地，所述主鏈由含有烷基溴取代的靛紅單體與聯苯類單體進行縮合反應得到。

優選地，所述的烷基溴取代的靛紅單體的結構通式如下所示，式中n＝2-8。

優選地，所述的聯苯類單體為聯苯、對三聯苯、間三聯苯或對四聯苯。

優選地，所述的含有叔胺基團的單體為三甲胺、N-甲基吡咯烷或N-甲基哌啶。

本發明的另一目的是提供一種上述長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜的制備方法,其聚合物主鏈由含有烷基溴取代的靛紅單體與聯苯類單體進行縮合反應制備得到，并與含有叔胺基團的單體進行親核取代反應得到長側鏈型堿性膜。

本發明的上述目的是通過以下技術方案達到的：

一種上述燃料電池用長側鏈型聚芳烴靛紅堿性膜的制備方法，包括如下步驟：