[發明專利]一種燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法和應用該陰離子交換的燃料電池

有效

• 申請號: 201610066171.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105694078B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 深圳市曉龍新能源科技有限公司
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08F226/06;C08F220/14;C08F220/48;C08F212/14;C08F2/30;C08F2/46;C08F2/44;C08L39/04;H01M8/1041;H01M8/1069
• 代理公司: 廣東廣和律師事務所 44298
• 代理人: 王少強

本發明公開了一種燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法和應用該陰離子交換膜的燃料電池，陰離子交換膜包括將聚合型離子液體、聚合型單體A和乳化劑混合，滴在玻璃板上，放入在氮氣氛圍下的輻射場內，采用鈷60?γ輻射法輻射，輻照時間30?40分鐘，發生聚合輻射自由基反應，然后將制備得到的聚合物膜浸泡在0.5?1mol/LKOH溶液中50?60℃下60?78小時進行離子交換。最后將膜泡在去離子水中直到剩余的去離子水達到中性；本發明的制備的陰離子交換膜具有較好的耐堿性、機械性能、較高的離子電導率和熱穩定性。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種陰離子交換膜及其制備方法，具體涉及一種燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

陰離子交換膜是陰離子交換膜燃料電池的關鍵部位，在燃料電池中起到傳遞陰離子和阻隔原料的雙重作用。其性能的好壞直接影響燃料電池的使用壽命。

優良的堿性燃料電池用聚合物陰離子交換膜除了具備較高的離子電導率，良好的熱穩定性和化學穩定性之外，還要有良好的機械性能和耐堿性。然而，傳統的季銨鹽型聚合物陰離子交換膜熱穩定性和化學穩定性較差，其在強堿性環境下容易通過Hofman消除反應，親核取代(SN2)和ylide轉化等機理降解。另外，季銨鹽型聚合物陰離子交換膜大多經過氯甲基化的過程引入離子交換基團，而氯甲基化過程中要使用劇毒致癌物質氯甲醚，這對環境保護和人類健康都有重大危害。這些缺陷阻礙了季銨鹽型聚合物陰離子交換膜堿性燃料電池的商業化應用。

近幾年，咪唑鹽類陰離子交換膜由于咪唑環的π-共軛效應，具有較好的化學穩定性，引起了研究們的廣泛關注。然而，研究發現，基于咪唑鹽的陰離子交換膜在強堿性條件下也會降解。

因此，需要尋求更為有效的方法，制備耐堿性、機械性能良好、具有較高的離子電導率和良好的熱穩定性的燃料電池用陰離子交換膜。

發明內容

為克服現有技術中的缺陷，本發明提供了一種燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法。該膜具有較好的耐堿性、機械性能、較高的離子電導率和熱穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種燃料電池用陰離子交換膜制備方法，包括如下步驟：

1)將乙烯基咪唑與等物質的量的1,3-二溴金剛烷溶于乙腈中，再在其中加入KOH，并在室溫下氮氣氛圍下攪拌4-8小時。然后在真空下旋蒸，除去溶劑，得到的粗產物用二氯甲烷提取3-5次，再用去離子水洗有機相，最終用無水硫酸鎂除水，過濾，旋蒸，并在真空中30-40℃下烘12-24小時，得到聚合型離子液體；

2)將步驟1)中得到的聚合型離子液體、聚合型單體A和乳化劑混合，滴在玻璃板上，放入在氮氣氛圍下的輻射場內，采用鈷60-γ輻射法輻射，輻照時間30-40分鐘，發生聚合反應，通過控制玻璃板之間距離控制膜層厚度；

3)將步驟2)中制備得到的聚合物膜浸泡在0.5-1mol/L KOH溶液中50-60℃下60-78小時進行離子交換。最后將膜泡在去離子水中直到剩余的去離子水達到中性。

所述聚合型離子液體結構式為：

所述聚合型離子液體、聚合型單體A和乳化劑的質量之比為3:1:0.1。

所述聚合物A選自丙烯腈、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯腈、磺化苯乙烯、八氟苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或甲基磺化苯乙烯中的一種或幾種。

所述乳化劑選自十二烷基苯磺酸鈉、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚。

所述聚合反應為輻射自由基聚合；

所述陰離子交換膜分子量為10000-20000；

所述陰離子交換膜層厚度為20-30微米；