[发明专利]一种新能源汽车燃料电池用聚电解质膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种新能源汽车燃料电池用聚电解质膜的制备方法，包括如下步骤：(一)1‑金刚烷基羟基取代甲基‑2‑氟咪唑的制备，(二)聚合型环丁基取代咪唑盐的制备，(三)聚电解质膜材料的制备，(四)离子交换。本发明还公开了根据所述制备方法制备得到的新能源汽车燃料电池用聚电解质膜。本发明公开的新能源汽车燃料电池用聚电解质膜具有制备成本低廉，机械力学性能好、耐候性、耐碱性、化学稳定性优异、离子传导率高的优点。

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，涉及一种新能源汽车燃料电池部件，尤其涉及一种新能源汽车燃料电池用聚电解质膜及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展和全球工业化进程的推进，环境问题和能源问题日益严峻，这些问题给社会的进步带来了阻力，是人们不得不面对和亟待解决的问题。要想从根本上解决这些问题，就需要寻找导致这些问题的根源，其中，汽车就是根源之一。传统汽车需要消耗汽油资源，尾气会导致严重的空气污染，因此，开发清洁无污染节能的新能源汽车势在必行。

凡是以除传统能源以外的新能源为驱动的汽车都可以称之为新能源汽车，其种类繁多，其中，燃料电池汽车由于具有循环寿命长、能量效率高、初次投资成本低、运行及维护费用低廉、环境友好、响应时间短及延续时间长等优点受到业内的瞩目。这类汽车的动力电池是燃料电池，聚电解质膜是其关键部件之一，在其中起到隔离燃料和传递离子的作用，其性能的好坏直接影响燃料电池的循环使用寿命和工作安定性，进而影响新能源汽车的正常工作。因此，开发性能优异的新能源汽车燃料电池用聚电解质膜是近年来业内研究的热点。

聚电解质膜根据其传递离子的种类不同分为质子交换膜和阴离子交换膜，阴离子交换膜由于其上带正电的基团与质子之间的排斥效应能够有效阻止质子的渗透，从根本上阻止膜两侧的电解液相互交叉污染而导致的自放电效应，近年来引起了更多的关注。但传统阴离子交换膜多以季铵盐类聚合物制备得到，这类阴离子交换膜在制备过程中，剧毒物质氯甲醚是必不可少的原料之一，使得对人体和环境都有很大的危害，不环保，另外，这类膜耐候性和化学稳定性能较差，在保证机械性能的前提下，离子传导率，特别是耐碱性还有待进一步提高。

因此，开发一种耐候性和化学稳定性能佳，机械性能优异，离子传导率高，耐碱性强的新能源汽车燃料电池用聚电解质膜具有非常重要的意义，是促进新能源汽车行业发展的动力源。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新能源汽车燃料电池用聚电解质膜，该聚电解质膜克服了传统聚电解质膜或多或少存在的成本高，耐候性和化学稳定性差，机械性能、离子传导率和耐碱性有待进一步提高的技术问题，具有制备成本低廉，机械力学性能好、耐候性、耐碱性、化学稳定性优异、离子传导率高的优点。

为达到以上目的，本发明提供一种新能源汽车燃料电池用聚电解质膜的制备方法，包括如下步骤：

Ⅰ1-金刚烷基羟基取代甲基-2-氟咪唑的制备：将1-金刚烷甲醛、碱性催化剂加入到高沸点溶剂中，在氮气或惰性气体氛围下-20～-40℃下搅拌30-40分钟，再向其中加入2-氟咪唑，搅拌反应4-6小时，后升至室温，用水洗涤产物3-5次，再旋蒸除去水，得到1-金刚烷基羟基取代甲基-2-氟咪唑；

Ⅱ聚合型环丁基取代咪唑盐的制备：将经过步骤Ⅰ制备得到的1-金刚烷基羟基取代甲基-2-氟咪唑、1,1,2-三氟-2-氯-3-甲基-3-乙烯基环丁烷加入二氯甲烷中，在30-40℃下搅拌反应6-8小时，后旋蒸除去二氯甲烷，得到聚合型环丁基取代咪唑盐；

Ⅲ聚电解质膜材料的制备：将经过步骤Ⅱ制备得到的聚合型环丁基取代咪唑盐、N-乙烯基邻苯亚胺、3-(4-氟苯基)-2-丙烯腈、1,8-双乙烯基全氟辛烷、引发剂混合均匀，超声15-20分钟，后加入模具中，置于氮气氛围下的波长为200-250nm的紫外光下照射40-50分钟，得到聚电解质膜材料；