[發明專利]一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710635250.6
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107579270B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 焉曉明;劉嘉霏;賀高紅;阮雪華;鄭文姬;代巖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M8/1025
• 分類號: H01M8/1025;H01M8/1072;C08G65/40
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜及其制備方法，屬于堿性陰離子交換膜技術領域。本發明首先合成了具有良好溶解性和穩定性的胺基取代聚芳醚酮聚合物，再直接以聚合物的胺基作為接枝位點對聚合物進行功能化接枝后獲得膜材料并制膜。所制備的膜具有較好的堿穩定性和較高的離子傳導率，可應用于堿性燃料電池中。

技術領域

本發明屬于堿性陰離子交換膜技術領域，涉及到一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

隨著全球環境與能源問題的日益嚴峻，燃料電池作為一種新型發電裝置，因其燃料來源廣泛、高效率、低甚至零排放等優勢受到了人們的廣泛關注。堿性陰離子交換膜燃料電池是燃料電池中的一種，相比于目前研究比較成熟的質子交換膜燃料電池，它有著氧化速度快、燃料滲透速度低、有利于水平衡、成本相對低等優勢。成本低的優勢源自于堿性陰離子交換膜燃料電池可以使用非貴金屬作為催化劑，這也是其最為主要的優勢之一。

堿性陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的核心部件，通常是由含季銨基團的聚合物制備，起到選擇性傳遞氫氧根離子并且分隔兩極室的作用。這樣的功能就要求堿性陰離子交換膜既有很好的傳遞氫氧根離子的能力，又能在堿性環境中保持性能的穩定。目前膜材料常用聚砜，聚醚醚酮等聚合物作為主鏈，但部分聚合物在堿性環境中會發生降解，或在有機溶劑中溶解性差，不便于功能化反應。因此尋找具有好的溶解性和穩定性，并且可以通過簡單的反應引入功能基團的聚合物，是目前關注的熱點之一。

發明內容

本發明旨在提高堿性陰離子交換膜的耐堿穩定性和氫氧根傳遞性能，提供了一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜的制備方法：通過合成了具有良好溶解性和穩定性的胺基取代聚芳醚酮聚合物，再直接以聚合物的胺基作為接枝位點對聚合物進行功能化接枝后獲得膜材料并制膜。所制備的膜具有較好的堿穩定性和較高的離子傳導率，可應用于堿性燃料電池中。

本發明的技術方案：

一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜，結構如下：

其中x＝0.1～0.6，y＝0.4～0.9；n＝1～12的正整數；R為引入的功能基團，包括1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、N-甲基嗎啡啉、N-甲基哌啶、N-甲基吡咯烷。

一種多支鏈聚芳醚酮陰離子交換膜的制備方法，步驟如下：

(1)胺基取代聚芳醚酮的合成：在惰性氣體保護下，將二氟二苯酮、2,2-雙(3-氨基-4-羥基苯基)六氟丙烷、六氟雙酚A和碳酸鉀溶解于溶劑A中，再加入甲苯，在120～155℃下回流3～8h至水和甲苯完全除去，然后保持溫度恒定反應4～8h。將反應溶液倒入沉淀劑A中，過濾、洗滌、干燥得到胺基取代的聚芳醚酮；

所述的二氟二苯酮：2,2-雙(3-氨基-4-羥基苯基)六氟丙烷：六氟雙酚A：碳酸鉀的摩爾比為10：1～6：9～4：15；

所述的二氟二苯酮、2,2-雙(3-氨基-4-羥基苯基)六氟丙烷、六氟雙酚A和碳酸鉀在溶劑A中的w/v為15％～40％；

所述甲苯：溶劑A體積比為1～3：2；

所述的溶劑A為N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種；

所述的沉淀劑A為冰水、甲醇、乙醇中的一種；

(2)離子液體的合成：將含有脂肪鏈的二溴單體及離子化試劑溶解于溶劑B中，在20～60℃反應48h，將析出的固體產物用溶劑B反復清洗3～5次，真空干燥得到離子液體；

所述的含有脂肪鏈的二溴單體結構如下：

其中n＝1～12的正整數；

所述的含有脂肪鏈的二溴單體：離子化試劑的摩爾比1.5～2：1；