[發明專利]一種基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810337091.6
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108586745B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 林本才;徐斐;袁文森;陳乾;儲富強;丁建寧;袁寧一
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C08G73/18
• 分類號: C08G73/18;H01M8/103;H01M8/1072
• 代理公司: 南京禾易知識產權代理有限公司 32320
• 代理人: 仇波

本發明涉及一種基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜及其制備方法，它的結構通式中包含如式(1)所示的重復單元，式中，n為聚合度；x為2～12的整數，y為0～11的整數；R為H、甲基、乙基、異丙基或苯基。這樣制備的膜具有優良的機械性能、耐堿性、耐熱性、低吸水率和高電導率；而且其制備過程相對簡單安全，避免了傳統季銨鹽型陰離子膜制備過程中致癌物質氯甲醚的使用。

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，涉及一種陰離子交換膜，具體涉及一種基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

聚合物電解質膜燃料電池因其高效、清潔的特點，引起廣泛關注。按聚合物膜種類的不同，聚合物電解質膜可以分為質子交換膜燃料電池和堿性陰離子交換膜燃料電池。目前以Nafion為代表的酸性聚合物膜其質子導電性能強烈依賴于水，當溫度大于90℃時，水的蒸發會使其失去質子導電性能，限制了PEMFCs的高性能化設計和應用環境，使得PEMFCs在高溫下工作的優勢(提高CO耐受性，簡化水熱管理等)得不到體現；此外，PEMFCs對貴金屬催化劑的嚴重依賴使得其生產成本居高不下也是限制其廣泛應用的因素之一。

相較于質子交換膜燃料電池，陰離子交換膜燃料電池技術有以下優點：(1)對催化劑要求較低，可使用銀或鎳來代替貴金屬鉑做催化劑；(2)堿性陰離子交換膜中的陽離子均固定在聚合物鏈上、液相中不存在游離的鹽，能避免傳統的堿性燃料電池堿性液態電解質易與CO₂反應的影響；(3)膜內導電離子的傳輸方向與燃料擴散方向相反，有利于抑制燃料在膜中滲透。陰離子交換膜(AEM)是陰離子交換膜燃料電池的核心組件之一，其性能的好壞直接決定電池的性能和壽命。AEM的研究始于1994年。S.Guinot等人首次用PEO為基體混合氫氧化鉀和水形成聚合物，其室溫電導率范圍為10^-3～10^-4S/cm。隨后，一系列新型的適用于堿性陰離子交換膜燃料電池的聚合物電解質膜被成功的制備出來。其中主要的為季銨型陰離子交換膜。

然而傳統的季銨型膜主要具有兩個亟待解決的不足：1)堿性燃料電池用聚合物電解質膜的主要基于季銨鹽堿性聚合物,季銨型聚合物電解質膜尺寸穩定性差，吸水率高，溶脹度大，機械性能差；2)傳統的季銨鹽類聚合物在制備過程中，劇毒物質氯甲醚是必不可少的原料之一，使得堿性陰離子交換膜的制備對人體和環境都有很大的危害。因此，需要制備電導率高、熱穩定性好、，尺寸穩定性好的聚合物電解質膜材料。

發明內容

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜，它的結構通式中包含如式(1)所示的重復單元，

式中，n為聚合度；x為2～12的整數，y為0～11的整數；R為H、甲基、乙基、異丙基或苯基。

優化地，R為異丙基或苯基。

進一步地，R為苯基。

進一步地，x為2至6的整數。

進一步地，y為0～3的整數。

本發明的又一目的在于提供一種上述基于氟化聚苯并咪唑的陰離子交換膜的制備方法，它包括以下步驟：

(a)將咪唑衍生物與二鹵代烴進行反應生成有機鹽單體

(b)在有機溶劑中溶入所述有機鹽單體與含氟聚苯并咪唑，攪拌反應后傾入模具內進行干燥，制得含鹵聚合物電解質膜；

(c)將所述含鹵聚合物電解質膜浸入含有OH^-的堿性水溶液中進行離子交換即可。

優化地，所述有機溶劑為DMF或DMSO。