[发明专利]一种交联型阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于燃料电池组件的制备领域，具体涉及一种交联型阴离子交换膜及其制备方法。该阴离子交换膜结构如式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示，该阴离子交换膜是先将聚合物进行溴甲基化，然后再用含氨基结构的咪唑类离子化试剂进行接枝改性，再和聚乙烯醇共混，成膜后进行交联、碱化后得到的，该阴离子交换膜中由于咪唑基团的存在可提高传导率及耐碱稳定性，通过引入聚乙烯醇提高膜的柔韧性，吸水率，有利于氢氧根的传递，通过对苯二甲醛与氨基形成动态化学键，与羟基交联作用使膜的致密性增加，提高了膜的保水能力，有效地抑制膜过度的溶胀，提高膜的尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于燃料电池组件的制备领域，具体涉及一种交联型阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

碱性阴离子交换膜是碱性阴离子交换膜燃料电池的核心组件，它起到传导离子和阻隔燃料的双重作用，其性能的好坏直接决定着燃料电池的性能和寿命。传统的季铵盐类聚合物碱性阴离子交换膜具有尺寸稳定性差，吸水率高，溶胀度大，机械性能差等缺点。张所波等利用聚砜(PSF)卤烷基化反应、季铵化，制备了一系列季铵化的碱性阴离子交换膜。该方法制备的阴离子膜的缺点是在高温或者强碱性环境下，表现出较差的稳定性[Zhao Z,Zhang SB.et al. J.PowerSources,2011,196,4445-4450，Wang JH,Zhang SB, Po,J.Membr.Sci.,2011,368,246-253]严重影响碱性阴离子交换膜的寿命和性能。中国专利(CN 104927079A)通过引入氮杂环离子液体来提高耐碱稳定性。通过交联的方法制备碱性阴离子膜，交联可有效降低碱性阴离子交换膜的溶胀度和吸水率。但交联的密度不易过高，否则会增加膜内部的应力，造成分子链的旋转受阻，导致干膜变脆。因此，人们一直在探索一种制备方法简单，电导率高，成本低，机械性能优异和耐碱性能良好的碱性阴离子膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种交联型阴离子交换膜及其制备方法，该膜具有较好的电导率、碱稳定性以及柔韧性。

本发明首先提供一种交联型阴离子交换膜，膜材料结构如式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示：

式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ中，m、n、p为重复单元数，m的取值范围为1700-1750 的整数，n的取值范围为1700-1750的整数，p的取值范围为300-350的整数。

本发明还提供一种交联型阴离子交换膜的制备方法，包括：

步骤一：氮气保护下，在反应容器中加入4,4-二氟二苯酮和甲基氢醌，混合均匀后加入成盐剂、除水剂和溶剂反应，得到含甲基的聚合物；

步骤二：将步骤一得到的含甲基的聚合物、催化剂和溴甲基化试剂反应，得到溴甲基化的聚合物；

步骤三：将步骤二得到的溴甲基化的聚合物和含氨基的咪唑类离子化试剂进行接枝反应，得到接枝后的聚合物；

步骤四：将步骤三得到的接枝后的聚合物和聚乙烯醇混合搅拌，得到成膜液，将成膜液流延法成膜，干燥得到聚合物膜；

步骤五：将步骤四得到的聚合物膜浸泡在对苯二甲醛溶液中交联，得到聚合物交联膜；

步骤六：将步骤五得到的聚合物膜浸泡在碱溶液中，得到交联型阴离子交换膜。

优选的是，所述步骤二含甲基聚合物、催化剂和溴甲基化试剂的质量比为1：0.08：0.61。

优选的是，所述的催化剂为过氧化苯甲酰，溴甲基化试剂为N-溴代丁二酰亚胺。

优选的是，所述步骤二的反应温度为80-85℃，反应时间为5-7小时。

优选的是，所述步骤三的接枝温度为45-50℃，反应时间为10-18小时。