[發明專利]燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201911127496.8
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110760038B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 倪宏哲;楊凱;徐晶美;王哲;張振國;水天恩
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08F285/00
• 分類號: C08F285/00;C08F226/06;C08J5/22;H01M8/1018;H01M8/1072;C08L51/00
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本發明提供一種燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜及其制備方法，屬于高分子化學和陰離子交換膜燃料電池領域。該陰離子交換膜按單體摩爾比不同：甲基氫醌單體與烯丙基雙酚S單體摩爾比為：a：b（a、b均為1~9的整數且a+b=10）；本發明還提供一種咪唑側鏈型陰離子交換膜的制備方法，該方法是利用親核縮聚反應按單體摩爾不同比進行聚合，形成含甲級氫醌單體和含烯丙基雙酚S單體不同比例的聚芳醚酮砜，制備一種咪唑側鏈型陰離子交換膜。本發明的咪唑側鏈型陰離子交換膜在80℃時的離子傳導率最高可達到0.157 S/cm。

技術領域

本發明屬于高分子化學和陰離子交換膜燃料電池領域，具體涉及一種燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

近年來，為了追求經濟快速發展，人們過度采用化石能源，造成能源枯竭、環境污染等問題，此時，燃料電池作為一種新型可再生能源逐漸進入各國研究者的視線中。目前，大部分的研究集中在質子交換膜燃料電池領域內，但由于其催化劑需要采用價格昂貴的金屬，極大的限制了質子交換膜燃料電池的推廣與發展。相比之下，陰離子交換膜燃料電池具有燃料氧化速率快、液體醇燃料滲透率低及可使用非貴金屬催化劑等優勢，有著廣闊的應用前景因此，陰離子交換膜燃料電池的研究受到研究者的廣泛關注。

陰離子交換膜作為陰離子交換膜燃料電池的核心部件，其性能直接決定了陰離子交換膜燃料電池的性能。目前研究的陰離子交換膜材料的種類也十分繁多，聚醚砜、聚醚酮、聚乙烯醇、聚苯醚等都可以作為陰離子交換膜基質材料。陰離子交換膜也有很多的優點可以選擇價格低廉的催化劑來代替貴金屬催化劑，使燃料電池的使用成本大幅度降低并且其大范圍的應用也可以不用依賴于現有的資源儲量，有利于大面積的推廣應用，這無疑是推進燃料電池迅速發展的重大突破。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜及其制備方法，該陰離子交換膜具有較高的離子傳導率和較強的耐堿穩定性，同時，該制備方法操作簡單、成本較低、前景廣闊。

本發明首先提供一種燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜，該陰離子交換膜按單體不同摩爾比進行聚合，含雙鍵單體摩爾比所占比重越大，聚合物中雙鍵含量增加，咪唑數量也會增加：

其中甲基氫醌單體與烯丙基雙酚S單體摩爾比為：a：b（a、b均為1~9的整數且a+b=10）；

所述的咪唑功能化聚芳醚酮砜，結構式分別如式Ⅰ所示：

式Ⅰ

其中，m、 n為重復單元數，m、 n為≥1的整數。

本發明還提供一種燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜的制備方法，包括如下：

步驟一：將咪唑功能化聚芳醚酮砜溶于溶劑中，然后得到澄清橙色溶液，加入氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑攪拌8小時，再加入過氧化苯甲酰在80度條件下攪拌3小時，出料于蒸餾水中，得灰色固體；

步驟二：將第一步得到的灰色固體溶于四氯乙烷中，加入過氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亞酰胺80度油浴攪拌5小時，出料于醇中，得到淡黃色絮狀物；

步驟三：將第二步得到的淡黃色絮狀物溶于溶劑中，然后得到澄清橙色溶液；

步驟四：將步驟三得到的溶液加入過氧化苯甲酰和1-乙烯基咪唑攪拌12～24小時，得到深黃色成膜液，陰離子交換膜按甲基氫醌單體與烯丙基雙酚S單體摩爾比不同進行聚合，甲基氫醌單體與烯丙基雙酚S單體摩爾比為：a：b（a、b均為1~9的整數且a+b=10）

步驟五：將步驟四得到的成膜液采用流延法延流成膜，即得到燃料電池用咪唑側鏈型陰離子交換膜。