[發(fā)明專利]一種新型有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011186765.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN112321865A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧伯涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄧伯涵
• 主分類號(hào): C08J5/22
• 分類號(hào): C08J5/22;C08L61/16;C08L79/08;C08L83/08;C08L79/04;C08G77/398;H01M8/083
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本發(fā)明涉及燃料電池用質(zhì)子交換膜的制備方法，屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將修飾的八(二茂鈷基)?POSS引入到如聚酰亞胺,聚苯并咪唑,聚醚醚酮,聚醚砜等功能高分子材料的溶液中，通過(guò)溶液澆鑄法便可方便的得到高性能的陰離子質(zhì)子交換膜。本發(fā)明流程短，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)基于本發(fā)明所制備的交換膜與商品化的陰離子質(zhì)子交換膜相比，具有高的離子傳導(dǎo)率、優(yōu)異的堿性官能團(tuán)穩(wěn)定性、高的機(jī)械強(qiáng)度和低的溶脹性能。此外，較好有機(jī)相容性的POSS的引入，利用其本身有機(jī)?無(wú)機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了有效的微相分離結(jié)構(gòu)形成，也在一定程度上提高了復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率,表明在陰離子質(zhì)子交換膜領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料領(lǐng)域，涉及一種含八(二茂鈷基)-POSS的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

堿性燃料電池(AFCs)具有高效率，可使用非貴金屬催化劑、燃料選擇廣等優(yōu)點(diǎn)，而陰離子質(zhì)子交換膜(AEM)是堿性燃料電池系統(tǒng)最為核心的組成部分，其性能對(duì)堿性燃料電池能否得到商業(yè)化應(yīng)用起到?jīng)Q定性影響，它是一種由高分子骨架與共價(jià)連接的陽(yáng)離子組成的固態(tài)電解質(zhì)，可以選擇性性的傳輸氫氧根等陰離子，該方面的研究一直是產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界追蹤的熱點(diǎn)。目前研究最多、應(yīng)用也最為廣泛的陰離子交換膜是季銨鹽陽(yáng)離子聚合物，但季銨鹽陽(yáng)離子在強(qiáng)堿條件下容易經(jīng)霍夫曼消除(E2)或親核取代(SN2)反應(yīng)降解，近年來(lái)，相關(guān)的研究人員通過(guò)大量的研究提出了多種解決方案，但目前依舊存在諸多問(wèn)題有待解決。

在尋找替代季銨鹽陽(yáng)離子的陰離子質(zhì)子交換膜中，有研究者對(duì)各種陽(yáng)離子官能團(tuán)的化學(xué)穩(wěn)定性能進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)二茂鈷陽(yáng)離子是比較適合的陰離子質(zhì)子導(dǎo)體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有發(fā)明中存在的上述不足，提供一種含二茂鈷導(dǎo)體的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜及其制備方法，選擇具有優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性的二茂鈷衍生物作為陽(yáng)離子基團(tuán)，該陰離子質(zhì)子交換膜具有較高的質(zhì)子電導(dǎo)率，化學(xué)穩(wěn)定性良好，適用溫度范圍廣。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種新型有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜的制備方法：其中填充的無(wú)機(jī)材料為如圖1所示結(jié)構(gòu)，聚合物基底材料包括聚酰亞胺,聚苯并咪唑,聚醚醚酮,聚醚砜等，然后將所得八(二茂鈷基)-POSS與上述一種或多種基底材料的溶液均勻混合并用溶液澆鑄法得到該復(fù)合膜。

按上述方案，所述八疊氮基丙基-POSS與乙炔基二茂鈷單體的摩爾比為1：8；

按上述方案，所述的聚合物基底材料是聚酰亞胺,聚苯并咪唑,聚醚醚酮,聚醚砜中的一種或多種；

按上述方案，所述含基底材料溶液中所選溶解為二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺，其中基底材料與溶劑的質(zhì)量體積比為1g/8mL～20mL；所述八(二茂鈷)基-POSS與基底材料的質(zhì)量比為30～60：100；

本發(fā)明還提供上述含八(二茂鈷基)-POSS的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜的制備方法，其具體步驟如下：

1)將八疊氮基丙基-POSS和乙炔基二茂鈷加入THF中，隨后加入引發(fā)劑進(jìn)行點(diǎn)擊加成反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后除去溶劑得到八(二茂鈷基)-POSS；

2)在60～80℃下將步驟1)所得八(二茂鈷基)-POSS與含高分子的基底材料溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆虻玫酵该魅苣z，然后采用溶液澆鑄法得到含二茂鈷的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合陰離子質(zhì)子交換膜；

按上述方案，步驟1)所述八疊氮基丙基-POSS與THF的質(zhì)量體積比為0.1g/5～10mL；

按上述方案，步驟1)所述引發(fā)劑為硫酸銅和抗壞酸鈉，硫酸銅的加入量與炔基二茂鈷摩爾比是1:1，抗壞酸鈉的加入量與乙炔基二茂鈷摩爾比是2:1；

按上述方案，步驟1)所述加成反應(yīng)條件為：25～30℃下反應(yīng)12～24h；