[发明专利]一种阴离子电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及有机化工中高分子聚合物及其制备方法，还属于用于甲醇燃料电 池的电解质膜，特别是一种阴离子电解质膜及其制备方法。

背景技术：

碱性聚合物电解质主要由聚合物基体、碱(导电物质)和水组成，有些体系还 加入了掺杂物，以改善膜的电化学性能。

可用来制备碱性聚合物电解质基体的材料很多，有PEO(聚环氧乙烯)、PVA (聚乙烯醇)、PAA(聚丙烯酸)、PECH(聚环氧氯丙烷)、PMA(聚丙烯酸甲 酯)和PSA(聚丙烯酸钠)等，也可以用其中两者的共聚物或混合物作为电解质 膜的基体。在上述材料中，有关PEO、PVA和PAA的研究最多。PEO是研究最 早的聚合物基体材料，具有良好的机械成膜性能，但结晶度较高，室温离子电导 率低(一般为10^-4-10^-3S/cm)，界面稳定性较差。以PAA为基体的聚合物电解质 是一种凝胶态聚合物电解质，电化学性能和KOH溶液相似，是目前已有报道的 电导率最高的聚合物电解质，但是该种聚合物电解质的含水量过高，机械性能较 差。以PVA为基体的聚合物电解质有良好的电化学稳定性和成膜性能，离子电 导率介于PAA基和PEO基聚合物电解质之间。

导电物质多用碱金属氢氧化物，如KOH、LiOH和NaOH等，其中KOH 是最常用的，也是效果最好的导电物质。C.C.Yang等报道了KOH、LiOH和NaOH 在PVA、PVA-PECH和PVA-TEAC(四乙基氯化铵)等三种聚合物电解质体系 中的阴离子迁移数，结果表明：KOH在3种体系中的阴离子迁移数均高于LiOH 和NaOH的，在PVA-TEAC体系中的阴离子迁移数最高(0.96-0.99)。C.C.Yang 报道了PVA-KOH、PVA-NaOH和PVA-KOH-LiOH等三种碱性聚合物电解质的 离子电导率，含KOH的碱性聚合物电解质的离子电导率最高。

1963年，Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法(L-S制膜法)，从而使 聚合物分离膜有了工业应用的价值。

采用碱性离子交换膜的碱性直接甲醇燃料电池(Alkaline Direct Methanol Fuel Cell，ADMFC，又称直接甲醇碱性燃料电池DMAFC)初步显示出较好的性 能指标，为DMFC的发展开辟出一条新路径。而碱性阴离子膜是碱性离子膜燃 料电池的关键所在，它能提供OH^-传导的通道，并为电池提供碱性环境。

早在五十年代初期，美国Du Pont公司就率先开始了含氟离子交换膜的研究。 并将它用于宇宙开发计划中的燃料电池和水电解装置中，商品名称为Nafion，此 后不久即用于食盐电解的研究中。从七十年代开始，日本的旭化成，旭硝子，德 山曹达等公司也积极开展了全氟离子交换膜的应用研究，并开发了一系列新型的 全氟系列的离子交换膜，Du Pont公司也在原有的基础上逐步发展，研制出了很 多新型及特种用途的离子膜，特别是离子膜技术已成为食盐电解中的新一代技 术，正逐步取代原有的隔膜法及水银法。我国从七十年代开始，也逐步着手于这 方面的研究，并取得了一定的成果。但是，属于这一大家族中一员的阴离子型的 离子交换膜的研究报道相对较少。

PVBCl(POLY(vinylbenzyl chloride)Mixture of 3-and 4-isomers)(聚乙烯 苄基氯)为一种阴离子交换膜新的基材，探讨PVBCl阴离子交换膜的制备及性 能具有十分重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种阴离子电解质膜及其制备方 法。

本发明的目的按照下述技术方案实现：

一种阴离子电解质膜，是以PVBCl为基底，通过交联反应嫁接上导电基团 OH^-的离子膜，其比表面积为20-300m²/g，膜中阴离子交换容量0.008-0.01 mol/g，所用交联剂为N(CH₃)₂-(CH₂)_n-N(CH₃)₂类化合物，n＝1-6；

一种阴离子电解质膜的制备方法，采用L-S成膜法，其制备步骤为：

1)用酯类有机溶剂溶解聚合物PVBCL，至溶液清澈透明为止，形成铸膜液；