[發明專利]一種新能源汽車燃料電池用聚電解質膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910016166.5
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109830726B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 楊記周
• 申請（專利權）人: 義烏市倩飛科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1072;H01M8/1044;C08F283/00;C08F220/42
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本發明提供一種新能源汽車燃料電池用聚電解質膜的制備方法，包括如下步驟：(一)1?金剛烷基羥基取代甲基?2?氟咪唑的制備，(二)聚合型環丁基取代咪唑鹽的制備，(三)聚電解質膜材料的制備，(四)離子交換。本發明還公開了根據所述制備方法制備得到的新能源汽車燃料電池用聚電解質膜。本發明公開的新能源汽車燃料電池用聚電解質膜具有制備成本低廉，機械力學性能好、耐候性、耐堿性、化學穩定性優異、離子傳導率高的優點。

技術領域

本發明屬于新能源汽車技術領域，涉及一種新能源汽車燃料電池部件，尤其涉及一種新能源汽車燃料電池用聚電解質膜及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的發展和全球工業化進程的推進，環境問題和能源問題日益嚴峻，這些問題給社會的進步帶來了阻力，是人們不得不面對和亟待解決的問題。要想從根本上解決這些問題，就需要尋找導致這些問題的根源，其中，汽車就是根源之一。傳統汽車需要消耗汽油資源，尾氣會導致嚴重的空氣污染，因此，開發清潔無污染節能的新能源汽車勢在必行。

凡是以除傳統能源以外的新能源為驅動的汽車都可以稱之為新能源汽車，其種類繁多，其中，燃料電池汽車由于具有循環壽命長、能量效率高、初次投資成本低、運行及維護費用低廉、環境友好、響應時間短及延續時間長等優點受到業內的矚目。這類汽車的動力電池是燃料電池，聚電解質膜是其關鍵部件之一，在其中起到隔離燃料和傳遞離子的作用，其性能的好壞直接影響燃料電池的循環使用壽命和工作安定性，進而影響新能源汽車的正常工作。因此，開發性能優異的新能源汽車燃料電池用聚電解質膜是近年來業內研究的熱點。

聚電解質膜根據其傳遞離子的種類不同分為質子交換膜和陰離子交換膜，陰離子交換膜由于其上帶正電的基團與質子之間的排斥效應能夠有效阻止質子的滲透，從根本上阻止膜兩側的電解液相互交叉污染而導致的自放電效應，近年來引起了更多的關注。但傳統陰離子交換膜多以季銨鹽類聚合物制備得到，這類陰離子交換膜在制備過程中，劇毒物質氯甲醚是必不可少的原料之一，使得對人體和環境都有很大的危害，不環保，另外，這類膜耐候性和化學穩定性能較差，在保證機械性能的前提下，離子傳導率，特別是耐堿性還有待進一步提高。

因此，開發一種耐候性和化學穩定性能佳，機械性能優異，離子傳導率高，耐堿性強的新能源汽車燃料電池用聚電解質膜具有非常重要的意義，是促進新能源汽車行業發展的動力源。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種新能源汽車燃料電池用聚電解質膜，該聚電解質膜克服了傳統聚電解質膜或多或少存在的成本高，耐候性和化學穩定性差，機械性能、離子傳導率和耐堿性有待進一步提高的技術問題，具有制備成本低廉，機械力學性能好、耐候性、耐堿性、化學穩定性優異、離子傳導率高的優點。

為達到以上目的，本發明提供一種新能源汽車燃料電池用聚電解質膜的制備方法，包括如下步驟：

Ⅰ1-金剛烷基羥基取代甲基-2-氟咪唑的制備：將1-金剛烷甲醛、堿性催化劑加入到高沸點溶劑中，在氮氣或惰性氣體氛圍下-20～-40℃下攪拌30-40分鐘，再向其中加入2-氟咪唑，攪拌反應4-6小時，后升至室溫，用水洗滌產物3-5次，再旋蒸除去水，得到1-金剛烷基羥基取代甲基-2-氟咪唑；

Ⅱ聚合型環丁基取代咪唑鹽的制備：將經過步驟Ⅰ制備得到的1-金剛烷基羥基取代甲基-2-氟咪唑、1,1,2-三氟-2-氯-3-甲基-3-乙烯基環丁烷加入二氯甲烷中，在30-40℃下攪拌反應6-8小時，后旋蒸除去二氯甲烷，得到聚合型環丁基取代咪唑鹽；

Ⅲ聚電解質膜材料的制備：將經過步驟Ⅱ制備得到的聚合型環丁基取代咪唑鹽、N-乙烯基鄰苯亞胺、3-(4-氟苯基)-2-丙烯腈、1,8-雙乙烯基全氟辛烷、引發劑混合均勻，超聲15-20分鐘，后加入模具中，置于氮氣氛圍下的波長為200-250nm的紫外光下照射40-50分鐘，得到聚電解質膜材料；