[發明專利]燃料電池用陽離子基團功能化的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611085060.3
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106784946B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 王哲;羅雪妍;徐晶美;徐達
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: H01M8/1027
• 分類號: H01M8/1027;H01M8/1081;C08G65/48;C08G65/40;C08J5/18
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種燃料電池用陽離子基團功能化的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料及其制備方法，屬于陰離子交換膜技術領域。是利用親核縮聚反應制備含有芐甲基的聚芴醚腈聚合物，再通過溴化反應制備含有芐基溴的聚芴醚腈聚合物，隨后利用季胺化反應制備陽離子基團功能化的聚芴醚腈聚合物，再利用溶液共混法加入交聯劑制備陽離子基團功能化的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料。在80℃時的離子傳導率為0.051S/cm～0.089S/cm，30℃甲醇滲透系數為0.96×10^?7cm²s^?1～1.56×10^?7cm²s^?1，在60℃、2M的NaOH溶液中浸泡10天后，該交聯膜的離子傳導率保持在60.0～77.5％，表明該交聯型陰離子交換膜具有良好的耐堿穩定性。本發明制備的復合型質子交換膜成本低于全氟磺酸膜，易于產業化，可應用于燃料電池領域。

技術領域

本發明屬于陰離子交換膜技術領域，具體涉及一種燃料電池用陽離子基團功能化的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料及其制備方法。

背景技術

面對煤、石油、天然氣等化石能源的迅速枯竭，迫切需要開發一種環保可再生的新能源。近年來，太陽能、風能、潮汐能等可再生能源的開發利用已取得了很大進展。但是由于環境因素、地理條件以及氣候等的影響，而無法實現廣泛應用。因此開發出一種高效、便攜、綠色、無污染的新型能源迫在眉睫。燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池本身擁有以下優點：燃料-電能轉化效率高，一般在45％～60％，高于火力發電和核電的效率(30％～40％)；能直接將燃料的化學能轉化為電能，并不需要燃燒，具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單、操作方便等優點，被公認為便攜式電源、電動汽車、固定發電站等的首選能源，其作為新型綠色能源得到了廣泛的關注，這項技術也正在迅猛發展。聚合物電解質膜作為直接甲醇燃料電池的核心部件，其綜合性能不足是直接甲醇燃料電池產業化所面臨的最大問題。已開發的聚合物電解質膜材料普遍存在阻醇性能差和高離子傳導率時尺寸穩定性不足等缺點。即使是具有全氟磺酸結構的Nafion膜，仍然不能滿足直接甲醇燃料電池的要求。因此，開發出適用于直接甲醇燃料電池的可替代Nafion膜的具有高阻醇性、高尺寸穩定性、高質子傳導率、低成本的聚合物電解質膜是推動直接甲醇燃料電池商業化進程的關鍵。聚合物電解質膜可分為兩大類：質子交換膜和陰離子交換膜。與質子交換膜相比，陰離子交換膜可使用非貴金屬鎳等作為催化劑，因為堿性條件下，燃料電池陰陽極具有更快的氧化還原動力學，鎳等非貴金屬可以高效穩定使用，從而避免了對貴金屬鉑的依賴性。這樣不僅使燃料電池的應用不受鉑資源的限制，又大大降低了燃料電池的成本，此外，由于OH^-遷移方向與燃料甲醇分子的滲透方向相反，這種反向電滲析大大減少了燃料的滲透。這些優點有望加速燃料電池的商業化進程。但陰離子交換膜的耐堿穩定性普遍較差，且其陰離子傳導率較小。故針對陰離子交換膜的構建，主要在于對其主鏈結構和側鏈基團的分子設計，需增加其耐堿穩定性，并提高其離子傳導率。因此，陽離子基團功能化的含芐甲基的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料具有重大潛力。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池用陽離子基團功能化的含芴基的聚芳醚腈交聯型陰離子交換膜材料及其制備方法，該交聯型陰離子交換膜具有較高的離子傳達率和良好的耐堿穩定性，同時，該制備方法工藝簡單、成本低。

本發明首先提供一種燃料電池用陽離子基團功能化的含芐基溴的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料，其結構式如式Ⅰ所示：

其中，0.1≦x≦1。

具體的制備流程如式Ⅱ：

本發明提供了陽離子基團功能化的含芐基溴的聚芴醚腈交聯型陰離子交換膜材料的制備方法如下：