[发明专利]一种面向燃料电池的超高电导阴离子交换膜

说明书

本发明公开一种面向燃料电池的超高电导阴离子交换膜，由脂肪链聚合物与季铵化试剂反应得到，其中，所述季铵化试剂为多胺类化合物，所述脂肪链聚合物与所述季铵化试剂的摩尔比为5～15:1。本发明解决了所述脂肪链聚合物因柔性高、粘弹性强带来的无法成膜的技术难题，为阴离子交换膜的制备开辟了新的途径，本发明所制备的所述面向燃料电池的超高电导阴离子交换膜在具备较高离子电导率的同时还能保持较高的耐溶胀性，使得阴离子交换膜具有良好的性能，进而提高阴离子交换膜燃料电池的工作性能；另外，本发明反应条件温和、可控性高。

技术领域

本发明涉及燃料电池膜材料领域，具体涉及一种面向燃料电池的超高电导阴离子交换膜。

背景技术

基于质子交换膜燃料电池所面临的价格和寿命等瓶颈问题，碱性阴离子交换膜燃料电池逐渐发展起来，与质子交换膜燃料电池相比，碱性阴离子膜燃料电池具有碱性条件下更快的氧气还原反应效率、允许非贵金属催化剂的使用以及由于燃料和氢氧根的传递方向相反，因此可以大大降低燃料泄漏等诸多优势。然而，阴离子交换膜(AEM)的氢氧根离子电导率与耐溶胀性之间的trade-off效应仍是阻碍碱性阴离子膜燃料电池进一步发展的首要瓶颈。

现有阴离子交换膜的制备通常采用高分子聚合物作为主链，对其进行离子功能基团化后制备阴离子交换膜，或者从功能性单体出发，经聚合成链制备阴离子交换膜，现有技术中关于聚合物的制备，以热引发活性聚合方法应用较为广泛，但这些反应过程需要加热引发，反应终止需要冷冻淬灭，且对于合成复杂构型聚合物需要多步反应、多步纯化操作，反应条件苛刻，反应进程可控性差。

另外，传统阴离子交换膜的主链大多采用芳香类聚合物，由于芳香类聚合物的链段刚性较大，运动性较差，对于先成膜后离子功能化制备阴离子交换膜，很难发生微相分离，对于均相功能化后制备阴离子交换膜，在溶剂挥发过程中，由于主链的运动能力不足，微相分离仍然比较困难，对此现有技术中一般采取通过调节阴离子交换膜的构型来调控微相分离形貌，但是调控力度有限，制备的阴离子交换膜性能较差。

综上，目前阴离子交换膜的制备仍未能有效解决离子电导率与耐溶胀性之间的矛盾，造成膜的性能较差，极大地限制了AEM的应用与发展。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种面向燃料电池的超高电导阴离子交换膜，由脂肪链聚合物与季铵化试剂反应得到，其中，所述季铵化试剂为多胺类化合物，所述脂肪链聚合物与所述季铵化试剂的摩尔比为5～15:1。

较佳的，所述脂肪链型聚合物为聚2-氯乙基乙烯基醚，所述聚2-氯乙基乙烯基醚与所述季铵化试剂的摩尔比为10:1。

较佳的，所述季铵化试剂包括三乙烯二胺、五甲基二乙烯三胺或N,N,N',N'-四甲基对苯二胺。

较佳的，所述聚2-氯乙基乙烯基醚是以2-氯乙基乙烯基醚为单体，与光催化剂及链转移试剂在光照条件下进行光控阳离子聚合反应得到。

较佳的，所述光催化剂包括2,4,6-三(对甲氧基苯基)吡喃四氟化硼盐，所述链转移试剂包括S-1-异丁氧基乙基S′-乙基三硫代碳酸酯。

较佳的，所述2-氯乙基乙烯基醚、所述S-1-异丁氧基乙基S′-乙基三硫代碳酸酯与所述2,4,6-三(对甲氧基苯基)吡喃四氟化硼盐的摩尔比为100～1000:1:0.02～0.08。

较佳的，所述光控阳离子聚合反应在室温条件下进行18h～48h。

较佳的，所述2-氯乙基乙烯基醚、所述S-1-异丁氧基乙基S′-乙基三硫代碳酸酯与所述2,4,6-三(对甲氧基苯基)吡喃四氟化硼盐的摩尔比为400:1:0.04。

较佳的，所述聚2-氯乙基乙烯基醚的聚合度为97～600。