[發明專利]一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710091765.4
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106893103B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 汪稱意;徐常;趙曉燕;李堅;任強
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08G75/23
• 分類號: C08G75/23;H01M8/1032;H01M8/1069
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本發明提供了一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料，該類聚芳醚砜親水結構單元中含有3,5?二咪唑鹽甲基苯氧基苯側鏈結構，其制備方法為：首先將一定量的含長側基結構梳型聚芳醚砜樹脂溶于有機溶劑中，分別加入適量的溴化試劑和引發劑，反應得到溴化梳型聚芳醚砜樹脂；進一步將所得溴化梳型聚芳醚砜樹脂溶于有機溶劑中，加入咪唑化試劑反應，即得到含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料。該類聚芳醚砜陰離子交換膜材料具有良好的溶解成膜性，所制薄膜具有優良的耐堿性和離子傳導率、優異的尺寸穩定性，可作為固態堿性燃料電池用陰離子交換膜材料。

技術領域

本發明屬聚合物陰離子交換膜及其制備領域，特別涉及一類含疏形咪唑鹽側鏈結構聚芳醚砜陰離子交換膜材料及其制備方法。

背景技術

聚合物離子交換膜固態燃料電池是近年來發展很快的一類新能源電池，具有結構緊湊、啟動快、能量密度高等特點，可作為便攜式電源和固定電站應用于現代交通工具和各種電子電器等領域。聚合物離子交換膜固態燃料電池按離子交換膜材料的不同主要有質子交換膜燃料電池和堿性陰離子交換膜燃料。相比質子交換膜燃料電池，陰離子交換膜燃料電池由于在堿性工作條件下，具有更高的電極反應動力，可采用廉價的非貴金屬催化劑并可降低催化劑中毒的風險，從而受到了更多的關注。聚合物陰離子交換膜是堿性固態燃料電池的關鍵性材料，起著傳導陰離子，阻隔燃料和電子的作用，其性能的好壞直接影響整個燃料電池系統的性能。

目前已商品化的聚合物陰離子交換膜主要是聚苯乙烯季銨鹽聚合物膜，該類電解質膜的離子傳導率低，耐堿穩定性差，無法滿足堿性燃料電池的發展需要，因此進一步開發綜合性能優異的新型聚合物電解質膜材料具有重要的研究意義和應用價值。本發明專利正是基于此研究目的，開發了一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料，通過同時在聚合物分子結構中引入穩定性好的咪唑鹽離子交換基團和長的側鏈梳型結構，有效的改善了陰離子交換膜的耐堿穩定性、離子傳導性和尺寸穩定性。

發明內容

本發明專利旨在進一步改善堿性燃料電池用陰離子交換膜的性能，提供了一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料，通過同時在聚合物分子結構中引入穩定性好的咪唑鹽離子交換基團和長的側鏈梳型結構，有效的改善了陰離子交換膜的耐堿穩定性、離子傳導性和尺寸穩定性。該類聚芳醚砜陰離子交換膜材料，在燃料電池中具有良好的應用價值。

本發明提供了一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料，其結構式為：其親水結構單元中含有3,5-二咪唑鹽甲基苯氧基苯側鏈結構，親水結構單元的含量x＝0.3～0.6，重復結構單元n＝80～150。

本發明還提供了一類含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料的制備方法，具體步驟為：

(1)氮氣保護下，在三口燒瓶中將一定量的含長側基結構梳型聚芳醚砜樹脂溶于有機溶劑中，分別加入適量的溴化試劑和引發劑，在80～90℃攪拌反應5～7h后，將反應物倒入乙醇中沉降，得到溴化梳型聚芳醚砜樹脂；

(2)氮氣保護下，將一定量的溴化梳型聚芳醚砜樹脂溶于有機溶劑中，加入適量的咪唑化試劑，在室溫下攪拌反應48～72h后，將反應物倒入異丙醇中沉降，即得到含咪唑鹽側鏈結構梳型聚芳醚砜陰離子交換膜材料。

步驟(1)所述的含長側基結構梳型聚芳醚砜樹脂的分子結構式為分子結構中的長側基為3,5-二甲基苯氧基苯結構，其含量x＝0.30～0.60，重復結構單元n＝80～150。

步驟(1)所述的溶劑、溴化試劑和引發劑分別為1,1,2,2-四氯乙烷、N-溴代丁二酰亞胺和過氧化二苯甲酰，體系中1,1,2,2-四氯乙烷的用量為聚合物質量的20～40倍，N-溴代丁二酰亞胺的用量為聚合物中甲基摩爾數的2～5倍，過氧化二苯甲酰的用量為聚合物中甲基摩爾數的0.1～0.2倍。