[發明專利]一種聚合物陰離子交換膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710553874.3
• 申請日: 2017-07-09
• 公開（公告）號: CN107266629B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 林本才;祝緩緩;范孝春;儲富強;袁寧一;丁建寧
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08F234/00
• 分類號: C08F234/00;C08F220/44;C08F212/08;C08F2/48;C08J5/18;H01M8/1072
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本發明屬于用于燃料電池的陰離子交換膜制備領域，特別涉及一種聚合物陰離子交換膜的制備方法：將雙陽離子咪唑鹽與基膜單體、引發劑、交聯劑混合充分后在加熱狀態下攪拌反應至混合物成粘稠狀液體，再放到紫外光下聚合成膜。克服了現有方法制膜時雙陽離子咪唑鹽析出并出現宏觀相分離的問題，保證了雙陽離子咪唑鹽的含量較高且成膜均勻。

技術領域

本發明屬于用于燃料電池的陰離子交換膜制備領域，特別涉及一種聚合物陰離子交換膜的制備方法。

背景技術

近年來，由于化石燃料供應的不足以及降低CO₂排放的需要，聚合物電解質膜燃料電池因其高效、環保等優點受到了廣泛關注。與已商業化的質子交換膜燃料電池(PEMFC)相比，堿性陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)領域具有更大的研究潛力。

陰離子交換膜(AEM)作為AEMFC的關鍵組成部分，在AEMFC中起著分隔燃料與氧化劑及傳輸陰離子(OH^-)的作用，其性能優劣會直接影響AEMFC的各項性能。因此，研發具備有較高的電導率的AEM對AEMFC的發展具有重大意義。AEM的電導率與離子交換容量、吸水率及溫度有關，一般來講，溫度一定時離子交換容量越大，AEM的電導率越高。

發明內容

本發明提供一種熱聚合與紫外光聚合相結合的聚合物陰離子交換膜的制備方法，克服了現有制膜方法中咪唑鹽單體溶解度較低且易析出的問題，通過簡單、環境友好的制膜方法，制備出了一種具備較高離子交換容量和較高電導率的陰離子交換膜，

聚合物陰離子交換膜的化學結構如下：

其中x、y、z為高分子鏈中各重復單元的個數，是整數且不為0；FM為功能單體，結構如下

其中m、n為烷烴中C的個數，是整數且不為0，

該聚合物陰離子交換膜的制備方法為：

(1)雙陽離子咪唑鹽的制備

向盛有溶劑的容器中加入反應原料，長時間攪拌反應后，經充分提純得到雙陽離子咪唑鹽，

其中，溶劑為乙酸乙酯、乙醇或乙腈，

(2)成膜

將步驟(1)中得到的雙陽離子咪唑鹽與基膜單體、引發劑、交聯劑混合充分后在加熱狀態下攪拌反應至混合物成粘稠狀液體，再放到紫外光下聚合成膜，可直接應用于燃料電池領域，

其中，基膜單體為苯乙烯和丙烯腈質量比為1:3的混合物。

本發明采用熱聚合與紫外光聚合相結合的制膜方法，利用雙陽離子咪唑鹽在高溫下的高溶解度，先升溫進行部分熱聚合，再降至常溫后進行完全紫外光聚合，發現雖然雙陽離子咪唑鹽在反應開始前的溶解度較低(常溫下無法完全溶解到成膜體系中)，但是當加熱反應完成部分熱聚合后再降至常溫時，卻已經沒有了先前的雙陽離子咪唑鹽析出的情況，此時再紫外光聚合完全；

又由于丙烯腈易揮發且沸點只有77℃，而熱聚合的溫度在70℃左右，且熱聚合反應比較緩慢，假設全程采用熱聚合，會造成由丙烯腈單體揮發而引起的成品膜中各物質含量達不到理想比例的現象。

本發明克服了現有方法制膜時雙陽離子咪唑鹽析出并出現宏觀相分離的問題，制備過程簡單環保，對技術設備要求不高，制備出的陰離子交換膜中，雙陽離子咪唑鹽的含量較高且成膜均勻，保證了較高的離子交換容量和離子電導率。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的雙陽離子咪唑鹽的¹H NMR譜圖。