[发明专利]燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜及其制备方法，属于高分子化学和燃料电池领域。该阴离子交换膜是以聚丙烯腈和离子液体为原料制备得到的；所述的离子液体为碘化‑1‑乙烯基‑3‑甲基咪唑。本发明还提供一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜的制备方法。本发明的阴离子交换膜在80℃时的离子传导率可达1.35mS/cm，该阴离子交换膜厚度为50‑80μm，与同类型的离子交换膜相比，机械强度有所提高。

技术领域

本发明属于高分子化学和燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜是碱性阴离子交换膜燃料电池的“心脏”，与一般化学电源中的隔膜不同，它不仅可以隔离燃料和氧化剂，防止它们直接发生反应，而且起着电解质的作用。离子液体具有不挥发、不燃烧、几乎无蒸汽压，受热不会膨胀，导电性好等特性，被广泛应用于电化学、有机合成、催化及萃取分离等领域。近年来，离子液体在高分子领域也越来越受到重视。有文章报道，将甲基咪唑四氟硼酸、甲基咪唑三氟甲磺酸等亲水性离子液体和甲基咪唑六氟磷酸、甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺等疏水性离子液体掺杂到高分子膜中，得到电导率较高的聚电解质膜。

公开号为CN101070397A的中国发明专利申请公开文件中公开了一种将离子液体掺杂到聚合物膜中的方法，然后得到一种燃料电池用质子交换膜。

上述现有技术方案中所述膜都有一个缺点，掺杂的离子液体都容易被燃料电池使用过程中生成的水洗出，从而影响膜的使用性能及寿命。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜及其制备方法，该复合膜具有较高的离子传导率和较好的热稳定性能，并且具有良好的尺寸稳定性和机械性能,同时,该制备方法工艺简单、成本低。

本发明首先提供一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜，该阴离子交换膜是以聚丙烯腈和离子液体为原料制备得到的；

所述的离子液体为碘化-1-乙烯基-3-甲基咪唑，结构式如式Ⅱ所示：

优选的是，所述的聚丙烯腈和离子液体的质量比为1:(0.4～1)。

本发明还提供一种燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜的制备方法，该方法包括：

步骤一：将聚丙烯腈溶于有机溶剂中溶解,得到均相溶液；

步骤二：将碘化-1-乙烯基-3-甲基咪唑加入到步骤一得到的溶液中，搅拌至溶解，并通氮气15-30分钟，然后加入引发剂反应，得到反应液；

步骤三：将步骤二得到反应液通过流延法成膜，干燥，然后将膜放入KOH溶液中浸泡，即得到燃料电池用聚丙烯腈与离子液体复合阴离子交换膜。

优选的是，所述的溶解温度优选为55-70℃，溶解时间优选为2-3h。

优选的是，所述步骤一的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

优选的是，所述步骤一的均相溶液的浓度为7-10wt％。

优选的是，所述步骤二的引发剂为偶氮二异丁腈。

优选的是，所述步骤二的反应温度为55-70℃，反应时间为6-10h。

优选的是，所述的KOH溶液的浓度为1M。

优选的是，所述的浸泡温度为60℃，浸泡时间为24h。

本发明的有益成果