[發(fā)明專利]一種基于富勒烯陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810002902.7
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108219086B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 童慧
• 申請（專利權）人: 泰順永慶電力技術有限公司
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F212/08;C08F212/14;C08F220/44;C08J5/22;H01M8/1018;C08L51/10
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 趙艷

本發(fā)明公開了一種基于富勒烯陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟：1)乙烯基咪唑鹽的制備、2)基于富勒烯咪唑鹽的制備、3)聚合物膜的制備、4)離子交換；本發(fā)明還公開了根據(jù)所述制備方法制備得到的基于富勒烯陰離子交換膜；該發(fā)明公開的基于富勒烯陰離子交換膜制備方法綠色、簡單，膜電導率高，成本低，機械性能和耐堿性能優(yōu)異。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料技術領域，涉及一種堿性陰離子交換膜燃料電池部件，尤其涉及一種基于富勒烯陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

堿性陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的“心臟”部位，它起到傳導陰離子和阻隔燃料的雙重作用，其性能的好壞直接決定著燃料電池的性能和壽命。堿性陰離子交換膜由其離子傳導作用的離子基團和聚合物基體材料構成，傳統(tǒng)的堿性陰離子交換膜是通過在芳香族聚合物上接枝季銨鹽類化合物達到離子傳遞作用的，但這類陰離子交換膜多存在尺寸穩(wěn)定性差，吸水率高，溶脹度大，耐熱性、化學穩(wěn)定性耐堿性和機械性能差等缺點。且在接枝季銨鹽化合物時，通常會使用劇毒物質氯甲醚，造成環(huán)境問題，不符合綠色清潔能源的理念。

對富勒烯進行表面改性，使其表面存在較多的活性基團，如羧基、羥基，是解決富勒烯團聚的好方法，通過表面改性，能衍生出不同用途的富勒烯，大大拓寬了富勒烯的使用領域，在陰離子交換膜中引入功能化的富勒烯，不僅能提高膜的機械性能，膜的電導率和耐堿性也會進一步提高。

因此，人們一直在探索一種綠色、簡單，電導率高，成本低，機械性能優(yōu)異和耐堿性能良好的基于富勒烯的堿性陰離子膜及其制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于富勒烯陰離子交換膜，該陰離子交換膜制備原料易得，價格低廉，避免了傳統(tǒng)堿性陰離子交換膜制備所用的溶液澆注成膜法，且避免了劇毒致癌物質氯甲醚的使用和可能造成環(huán)境污染和人體傷害的有機溶劑的使用，且提供了一種克服堿性陰離子交換膜化學和熱穩(wěn)定性、耐堿性、機械性能差的方法。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于富勒烯陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟：

1)乙烯基咪唑鹽的制備：將乙烯基咪唑加入到有機溶劑中，后向其中加入2-甲氧基乙氧基甲基氯，室溫攪拌4-6小時，用乙酸乙酯洗4-6次，后在30-40℃下旋蒸移除溶劑；

2)基于富勒烯咪唑鹽的制備：將經(jīng)過步驟1)制備得到的乙烯基咪唑鹽、無機阻聚劑和堿催化劑溶于乙腈中，在70-80℃下攪拌反應3-5小時，后向其中加入環(huán)氧氯丙烷，繼續(xù)攪拌20-30小時，后再向其中加入氨基改性富勒烯，在室溫下繼續(xù)攪拌4-6小時，并用水洗4-6次，后在40-50℃下旋蒸移除溶劑；

3)聚合物膜的制備：將步驟2)中得到的基于富勒烯咪唑鹽、聚合型單體和乳化劑混合，滴在玻璃板上，放入在氮氣氛圍下的輻射場內，采用高能電離射線輻射，輻照時間30-40分鐘；

4)離子交換：將步驟3)中制備得到的聚合物膜浸泡在質量分數(shù)為10-20％的KOH溶液中60-70℃下68-80小時進行離子交換。最后將膜泡在去離子水中20-30小時，后取出在50-60℃的真空干燥箱中干燥10-12小時；

其中，步驟1)中所述乙烯基咪唑、有機溶劑、2-甲氧基乙氧基甲基氯的質量比為(4-5)：(12-20)：(5-7)；

步驟2)中所述乙烯基咪唑鹽、無機阻聚劑、堿催化劑、乙腈、環(huán)氧氯丙烷、氨基改性富勒烯的質量比為(2-3)：1:3:(10-15):1:1；

所述無機阻聚劑選自氯化鐵、硫化鈉、硫氰酸銨中的一種或幾種；

所述堿催化劑選自氫化鈉、叔丁基醇鉀、氫氧化鉀中的一種或幾種；

所述有機溶劑選自乙醚、乙酸乙酯、丙酮中的一種或幾種；