[發明專利]一種支化梳型聚芳醚砜、其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810353765.1
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108530631A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 王雷;劉東;黎嘉敏
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C08G75/23
• 分類號: C08G75/23;H01M8/083
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種支化梳型聚芳醚砜、其制備方法和應用，所述支化梳型聚芳醚砜具有式I結構，支化度為2％～8％；式I中，n選自1～400的整數；R?如式II所示，x選自7～16的整數。本發明所述的聚合物具有龐大體積的剛性支化結構，支化度為2％～8％；并且具有不同長度的連接咪唑鎓鹽基團和聚合物骨架的柔性烷基側鏈。本發明所述支化梳型聚芳醚砜膜材料表現出良好的離子電導率，更具有出色的堿穩定性和機械性能。同時，該聚合物易于制備，成本較低。因此，本發明所述支化梳型聚芳醚砜用于堿性陰離子交換膜燃料電池中的膜材料，在實際操作中能很好地滿足高性能、耐久性及低成本等要求。

技術領域

本發明涉及陰離子交換膜燃料電池技術領域，尤其涉及一種支化梳型聚芳醚砜、其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球對替代能源的需求不斷增長，燃料電池技術有望成為運輸和固定應用中更有前途的環保電源之一，其唯一副產物是水。其中，基于電解質的分類，聚電解質膜燃料電池主要分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)，以及堿性陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)等。在過去的幾十年里，行業內對PEMFC進行了深入的研究，但耐用性和成本仍然是兩個主要挑戰，阻礙了其全球商業化。在這些條件下，堿性陰離子交換膜燃料電池正在吸引越來越多的關注。

從技術上來說，兩種燃料電池比較相似，但陰離子交換膜材料的使用環境是在堿性條件下，OH^-陰離子在堿性陰離子交換膜中從陰極傳輸到陽極。陰離子交換膜(AEM)中OH^-的傳輸主要通過功能性陽離子官能團周圍聚集水分子的納米區域；通常，陰離子交換膜材料需要滿足高性能、耐久性及低成本等要求，因為其性能直接影響燃料電池效率。對于制備高性能的陰離子交換膜，最急需解決的問題包括膜材料需具備高離子電導率以及優異的堿穩定性、機械性能等。

目前，研究學者們已經提出了許多可以增強陰離子交換膜材料的OH^-離子電導率的方法。最常見的方法就是增加膜材料的離子交換容量(IEC)，但是，高IEC值的膜材料的機械性能是一個很大的挑戰，因為膜材料的溶脹率隨著吸水性的增加而增加。此外，改變聚合物分子結構也是一種方法，其目的是加強親水/疏水相分離并且增加親水性區域的連接性，已經制備了柔性側鏈、多陽離子基團等聚合物作為陰離子交換膜材料。

然而，對于在實際操作中能滿足高性能、耐久性及低成本等要求的陰離子交換膜材料，目前并沒有相關的報道。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種支化梳型聚芳醚砜、其制備方法和應用，本發明提供的支化梳型聚芳醚砜作為陰離子交換膜材料，具有良好的離子電導率、優異的堿穩定性及機械性能，并且成本較低，易于制備，能很好地滿足高性能、耐久性及低成本等要求。

本發明提供一種支化梳型聚芳醚砜，具有式I結構；所述支化梳型聚芳醚砜的支化度為2％～8％；式I中，n選自1～400的整數；R-如式II所示，其中，x選自7～16的整數；

優選地，所述支化梳型聚芳醚砜的支化度為3％～6％；x選自8～12的整數。

本發明提供如上文所述的支化梳型聚芳醚砜的制備方法，包括：將式III所示的含羥基支化聚芳醚砜與式IV所示的溴代烷基咪唑鎓鹽進行反應，得到式I所示的支化梳型聚芳醚砜；n選自1～400的整數；x選自7～16的整數；

優選地，所述含羥基支化聚芳醚砜按照以下步驟制備得到：將雙酚AF、帶甲氧基雙酚芴、4,4’-二氟二苯砜和支化單體進行親核縮聚反應，得到式V所示的含甲氧基支化聚芳醚砜；將所述含甲氧基支化聚芳醚砜去甲基化，得到式III所示的含羥基支化聚芳醚砜；所述支化單體具有式1結構：