[發明專利]一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜及制備方法

有效

• 申請號: 201711200069.9
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108039441B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 王一光;祝萌;許海龍;張民;張小娟;蘇延霞;李南文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M8/0221
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜及制備方法，采用RAFT聚合方法制備了兩種含氟的聚苯乙烯型二嵌段聚合物，再在均相狀態下將之季銨鹽化，得到季銨鹽化陰離子膜。該陰離子膜中的嵌段結構和氟的加入有助于形成微小的離子通道，使導電率最高可達86.1mS cm^?1；含氟聚合物耐堿耐高溫，使陰離子交換膜具有良好的機械強度和尺寸穩定性，在高溫堿性環境(1M NaOH，80℃)20天下穩定性達到86％以上。此外本發明的高導電率、長壽命和高機械強度的含氟陰離子膜在燃料電池膜領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜及制備方法，涉及一種含氟嵌段聚合物長壽命燃料電池膜的合成、表征以及作為燃料電池隔膜材料的應用性能。

背景技術

自由基聚合是工業上制備聚合物的重要方法，具有很多優點：適用的單體范圍廣，聚合條件溫和，體系受雜質的影響小，能夠聚合得到高分子量的聚合物等。相比傳統的自由基聚合，可逆加成斷裂鏈轉移聚合(Reversible Addition Fragmentation ChainTransfer,RAFT)在傳統自由基聚合體系中引入一種高效的鏈轉移劑，聚合過程中活性鏈的存在能夠合成特定拓撲結構的聚合物以及對分子量及其分布等進行調控。此外，RAFT聚合也為制備嵌段共聚物提供了重要的途徑。嵌段聚合物具有優異的相分離性能，在制備離子交換膜方面有潛在的應用前景。目前，用RAFT聚合合成用于離子交換膜的多嵌段共聚物僅有少量文獻報道。

目前，隨著社會的發展，世界能源問題日益突出，傳統能源逐漸枯竭，且造成諸多環境問題，使得人們對清潔能源的需求越發迫切。燃料電池(Fuel Cell)技術是一種能量轉換率高且環境友好無污染的能源技術，通過電化學反應，可以高效的將化學能轉化為電能，且不受卡諾循環的限制(Varcoe,J.R.etc.Energy Environ.Sci.2014,7,3135-3191)。在多種燃料電池中，堿性陰離子交換膜燃料電池因其電極反應速率高，且無需使用貴金屬作為催化劑等諸多優點，受到了人們的廣泛重視(Li,N.；Guiver,M.D.Macromolecules 2014,47,2175-2198)。陰離子交換膜(AEMs)是該類燃料電池的關鍵組件，它起到了傳導氫氧根離子和分隔陰、陽極的雙重作用，它的性能將直接關系到燃料電池的性能、能量效率和使用壽命，因此對AEMs的研究至關重要。目前，常見的用于制備AEMs的聚合物主要涉及以下幾種：聚砜(Mohanty,A.D.etc.Macromolecules 2014,47,1973-1980),聚亞芳醚(Wang,J.etc.Macromolecules 2010,43,3890-3896),聚亞苯基(Hibbs,M.R.etc.Macromolecules2009,42,8316-8321),聚苯乙烯(Luo,Y.etc.J.Power Sources.2010,195,3765-3771),聚醚酰亞胺(Wang,G.etc.J.Membr.Sci.2009,326,4-8),12聚苯醚(Li,N.etc.J.Am.Chem.Soc.2013,135,10124-10133),聚烯烴(Noonan,K.J.etc.J.Am.Chem.Soc.2012,134,18161-18164)。現有AEMs材料的制備主要著力解決兩個關鍵問題：其一是提高AEMs的氫氧根離子電導率；其二是提高AEMs的堿性穩定性。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜及制備方法，利用RAFT聚合制備含氟嵌段型陰離子交換膜，以及這種新型陰離子膜在燃料電池中的應用性能。

技術方案

一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜，其特征在于：所述含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜的結構式為：

一種含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜，其特征在于：所述含氟二嵌段聚合物陰離子燃料電池膜的結構式為：