[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于燃料電池的交聯(lián)型固體電解質(zhì)離子交換膜及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011348025.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112366341A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金;蔡超;閆麗麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇寶林商務(wù)信息咨詢有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/1072
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/1072;H01M8/1086;H01M8/1088;H01M8/103
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的交聯(lián)型固體電解質(zhì)離子交換膜及其制備方法，該膜由以下步驟制得：1.N?取代含雙鍵的氮雜環(huán)單體的聚合，將帶有雙鍵的含氮雜環(huán)單體溶解后自由基引發(fā)聚合；2.聚離子液體的合成，用末端一鹵代的C2?C6直鏈醇類(lèi)對(duì)上述得到的聚合物的N原子季銨化；3.聚離子液體/聚乙烯醇的共混，交聯(lián)，堿化，即取上述季銨化聚合物使之溶脹溶解后，另取聚乙烯醇加入其中溶解，攪拌混勻，倒入玻璃盤(pán)，加入戊二醛，微量的酸，加熱烘干制膜，取出放入堿液中堿化。本發(fā)明所述的膜制備方法簡(jiǎn)單，具有易成膜、電導(dǎo)率高、電化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于用于燃料電池的固體電解質(zhì)膜領(lǐng)域，涉及一種用于燃料電池的交聯(lián)型固體電解質(zhì)離子交換膜及制備方法，具體涉及聚合物中的N雜環(huán)季銨化同時(shí)引入羥基到高聚物中，再和聚乙烯醇化學(xué)交聯(lián)的方法。

背景技術(shù)

燃料電池作為一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的特殊裝置，由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、低污染、儲(chǔ)能物質(zhì)選擇范圍寬、低噪音等多種其他能量發(fā)生裝置不可比擬的優(yōu)越性，被認(rèn)為是最有希望的、環(huán)境友好的新型化學(xué)電源之一。其中，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池有效克服了燃料泄露等問(wèn)題，且具有快速啟動(dòng)和對(duì)負(fù)荷變化的快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為了最近的研究熱點(diǎn)。

聚合物電解質(zhì)膜燃料電池以聚合物電解質(zhì)膜為固體電解質(zhì)，起到分割陰陽(yáng)兩極及傳導(dǎo)質(zhì)子（H⁺）或氫氧根離子（OH^-）的作用，是聚合物電解質(zhì)燃料電池中的一個(gè)關(guān)鍵部件。聚合物電解質(zhì)膜的性能好壞對(duì)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的發(fā)電性能起到了決定性的作用，因而高性能聚合物電解質(zhì)膜的研究與開(kāi)發(fā)就顯得尤為重要。

互穿網(wǎng)絡(luò)膜是（IPN）由兩種或兩種以上聚合物相互纏結(jié)形成的共混網(wǎng)絡(luò)體系。其優(yōu)點(diǎn)在于交聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)增強(qiáng)各分子鏈間的相容性，增大相間的結(jié)合力，因此會(huì)提高 AEM 的綜合性能。N 雜環(huán)化合物是分子中含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，構(gòu)成環(huán)的原子除碳原 子外，還至少含有一個(gè)N雜原子。離子化之后的N雜環(huán)類(lèi)化合物具有一定的OH^-傳導(dǎo)能力，可以在膜中充當(dāng)具有離子傳導(dǎo)能力的“活性點(diǎn)位”。在 AEMFC 的強(qiáng)堿性的工作環(huán)境下，N雜環(huán)類(lèi)陽(yáng)離子功能基團(tuán)特有的元環(huán)結(jié)構(gòu)可以對(duì)輔助傳導(dǎo)OH^- 的正電基團(tuán)起到一定的保護(hù)作用，緩解其在堿性溶液中易降解的問(wèn)題。與傳統(tǒng)的季銨類(lèi)陽(yáng)離子功能基團(tuán)、季磷類(lèi)陽(yáng)離子功能基團(tuán)相比，N雜環(huán)類(lèi)陽(yáng)離子功能基團(tuán)表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐堿穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種聚合物電解質(zhì)離子交換膜及其制備方法，該聚合物離子交換膜是通過(guò)合成的聚離子液體和PVA間化學(xué)鍵交聯(lián)的方式制備，該制備方法簡(jiǎn)單易行，原料易得，價(jià)格低廉，機(jī)械力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性更好，離子傳導(dǎo)率更高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1).N-取代含雙鍵氮雜環(huán)單體的聚合：在無(wú)水乙醇中將N-取代含雙鍵的氮雜環(huán)單體溶解，加入重結(jié)晶的引發(fā)劑偶氮二異丁腈，通入氮?dú)?0min，去除體系中的氧氣，磁力攪拌均勻后，加熱至65℃-75℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷凝回流，反應(yīng)16-24小時(shí)，將反應(yīng)混合液倒入石油醚中析出聚合物，再溶解聚合物再析出，真空烘干得含氮雜環(huán)的聚合物；

2).聚合物的季銨化：在溶劑中將1)得到的聚合物超聲分散溶解，加入一定量的一鹵代直鏈醇類(lèi)，加入微量的碘化鈉，通入氮?dú)?0min，去除體系中的氧氣，磁力攪拌均勻后，50℃-65℃下，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷凝回流，反應(yīng)進(jìn)行36-50小時(shí)，使之在聚合物N上發(fā)生季銨化，蒸干溶劑，得到固體物質(zhì)聚離子液體；

3).共混鑄膜溶液的制備：于混合溶劑（二甲基亞砜和純水等質(zhì)量比）中加入上述步驟2)的聚離子液體固體物質(zhì)，升溫至60℃-80℃，超聲分散使之溶脹溶解后，向其中加入一定比例的聚乙烯醇PVA，磁力攪拌使其溶脹溶解，混合均勻；