[發明專利]堿性燃料電池用陰離子交換膜的制備方法及陰離子交換膜

有效

• 申請號: 202010727183.2
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111592672B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 范敏敏;張明華;肖亞飛;董大偉;楊召杰;王克
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L53/02;C08L79/08;H01M8/083
• 代理公司: 成都蓉創智匯知識產權代理有限公司 51276
• 代理人: 譚新民

本發明公開了堿性燃料電池用陰離子交換膜的制備方法及陰離子交膜,包括以下步驟：CSEBS溶液和BPEI溶液制取；CSEBS/BPEI成膜溶液制取；交聯CSEBS膜；主鏈苯環亞甲基氯季銨化和BPEI季銨化；氯離子轉換為OH^?。本發明制備出的堿性燃料電池用高離子交換容量陰離子交換膜離子交換容量高，力學性能好。

技術領域

本發明涉及一種堿性燃料電池用高離子交換容量陰離子交換膜的制備方法及堿性燃料電池用高離子交換容量陰離子交換膜。

背景技術

隨著化石燃料不斷消耗及環境污染物的增加，越來越多的國家開始研究清潔新能源動力體系如風能，太陽能，氫能。在當今清潔能源中，燃料電池在綠色，經濟，環保，可持續性中扮演著不可缺少的角色。由于具有快速的氧氣還原能力及不使用貴金屬為催化劑的優點，目前陰離子交換膜燃料電池是研究最為廣泛的能量轉換裝置。在陰離子交換膜燃料電池中，陰離子交換膜(AEM)是最重要的組成部分之一，并得到了廣泛的研究。

陰離子交換膜中的聚合物骨架對燃料電池壽命和性能起著至關重要的作用，聚合物骨架選擇對陰離子交換膜各方面性能起著決定性作用。由于雜芳環聚合物具有良好的熱性能，機械穩定性和耐堿性，是AEM應用中最廣泛的基底材料。AEM的主鏈通常是由聚醚，聚苯醚，聚醚砜，傳導OH-的官能團通常是功能化季銨鹽，胍基，咪唑。

為了提高陰離子交換膜的力學性能及離子電導率，Stable Elastomeric AnionExchange Membranes Based on Quaternary Ammonium-Tethered Polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene Triblock Copolymers（Macromolecules2015，48，(19)，7085-7095，Mohanty，A.D.； Ryu，C. Y..；Kim， Y.S.；Bae，C.）公開了利用偶聯將六種不同的季銨化結構合成到SEBS的聚苯乙烯單元中。公開了AEM中季銨鹽陽基團離子越小，吸水率變化率越大和嵌段共聚物的域間距越大，可提供更佳的離子傳輸性能，AEM在60和80°C的1 M NaOH中浸泡4周后，SEBS陰離子交換膜保持化學穩定。Cross-LinkedQuaternized Poly(styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene) for AnionExchange Membrane（Synthesis，Characterization and Properties.ACS AppliedMaterials Interfaces 2016， 8， (31)，20329-20341，Dai，P.；Mo，Z.；Xu，R.；Zhang，S.；Wu，Y.）通過氯甲基化SEBS與α，ω-雙官能叔胺的同時季銨化和交聯，合成了交聯的季銨化SEBS薄膜，并且研究了α，ω-雙官能叔胺分子中碳原子個數，結果表明當碳原子含量越高時，力學性能越好。Crosslinked high-performance anion exchange membranes basedon poly(styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene)( Journal of MembraneScience 2018，551，66-7，Hao， J.； Gao， X.；Jiang，Y.；Zhang，H.；Luo，J.；Shao，Z.； Yi，B.)將N，N，N'，N'-四甲基-1,6-己二胺作為交聯劑和功能試劑被引入SEBS膜中，改性膜的吸水率降低，溶脹度減少，力學性能提高。這些以SEBS為基體材料陰離子交換膜離子交換容量低，力學性能較差。