[发明专利]一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜及制备方法，采用RAFT聚合方法制备了两种含氟的聚苯乙烯型二嵌段聚合物，再在均相状态下将之季铵盐化，得到季铵盐化阴离子膜。该阴离子膜中的嵌段结构和氟的加入有助于形成微小的离子通道，使导电率最高可达86.1mS cm^‑1；含氟聚合物耐碱耐高温，使阴离子交换膜具有良好的机械强度和尺寸稳定性，在高温碱性环境(1M NaOH，80℃)20天下稳定性达到86％以上。此外本发明的高导电率、长寿命和高机械强度的含氟阴离子膜在燃料电池膜领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜及制备方法，涉及一种含氟嵌段聚合物长寿命燃料电池膜的合成、表征以及作为燃料电池隔膜材料的应用性能。

背景技术

自由基聚合是工业上制备聚合物的重要方法，具有很多优点：适用的单体范围广，聚合条件温和，体系受杂质的影响小，能够聚合得到高分子量的聚合物等。相比传统的自由基聚合，可逆加成断裂链转移聚合(Reversible Addition Fragmentation ChainTransfer,RAFT)在传统自由基聚合体系中引入一种高效的链转移剂，聚合过程中活性链的存在能够合成特定拓扑结构的聚合物以及对分子量及其分布等进行调控。此外，RAFT聚合也为制备嵌段共聚物提供了重要的途径。嵌段聚合物具有优异的相分离性能，在制备离子交换膜方面有潜在的应用前景。目前，用RAFT聚合合成用于离子交换膜的多嵌段共聚物仅有少量文献报道。

目前，随着社会的发展，世界能源问题日益突出，传统能源逐渐枯竭，且造成诸多环境问题，使得人们对清洁能源的需求越发迫切。燃料电池(Fuel Cell)技术是一种能量转换率高且环境友好无污染的能源技术，通过电化学反应，可以高效的将化学能转化为电能，且不受卡诺循环的限制(Varcoe,J.R.etc.Energy Environ.Sci.2014,7,3135-3191)。在多种燃料电池中，碱性阴离子交换膜燃料电池因其电极反应速率高，且无需使用贵金属作为催化剂等诸多优点，受到了人们的广泛重视(Li,N.；Guiver,M.D.Macromolecules 2014,47,2175-2198)。阴离子交换膜(AEMs)是该类燃料电池的关键组件，它起到了传导氢氧根离子和分隔阴、阳极的双重作用，它的性能将直接关系到燃料电池的性能、能量效率和使用寿命，因此对AEMs的研究至关重要。目前，常见的用于制备AEMs的聚合物主要涉及以下几种：聚砜(Mohanty,A.D.etc.Macromolecules 2014,47,1973-1980),聚亚芳醚(Wang,J.etc.Macromolecules 2010,43,3890-3896),聚亚苯基(Hibbs,M.R.etc.Macromolecules2009,42,8316-8321),聚苯乙烯(Luo,Y.etc.J.Power Sources.2010,195,3765-3771),聚醚酰亚胺(Wang,G.etc.J.Membr.Sci.2009,326,4-8),12聚苯醚(Li,N.etc.J.Am.Chem.Soc.2013,135,10124-10133),聚烯烃(Noonan,K.J.etc.J.Am.Chem.Soc.2012,134,18161-18164)。现有AEMs材料的制备主要着力解决两个关键问题：其一是提高AEMs的氢氧根离子电导率；其二是提高AEMs的碱性稳定性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜及制备方法，利用RAFT聚合制备含氟嵌段型阴离子交换膜，以及这种新型阴离子膜在燃料电池中的应用性能。

技术方案

一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜，其特征在于：所述含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜的结构式为：

一种含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜，其特征在于：所述含氟二嵌段聚合物阴离子燃料电池膜的结构式为：