[发明专利]一种高性能带长侧链铵盐的聚靛红芳烃及其阴离子交换膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种带有长侧链铵盐的聚靛红芳烃及其阴离子交换膜的制备方法及应用，属于聚合物离子交换膜及电池技术领域，以靛红和芳烃在强酸催化下进行聚合反应，得到聚靛红芳烃。将长链铵盐接枝到该聚合物上，制膜并经过离子交换，得到聚靛红芳烃的阴离子交换膜。依据本发明制备的长侧链铵盐聚靛红芳烃及其阴离子膜具有高离子传导率，高耐碱稳定性和抗氧化性，在应用于碱性燃料电池时电池功率密度达到1.24W/cm²，可应用在燃料电池、储能电池、水电解、资源回收利用及其它涉及阴离子交换膜的电化学器件领域。

技术领域

本发明属于高分子电解质及离子交换膜技术领域，特别涉及不含醚键带长侧链铵盐的聚靛红芳烃及其阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

由于全球能源危机，开发高效清洁的能源技术迫在眉睫。目前清洁能源技术的开发和研究备受国家重视，碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)可以使用非贵金属铂、钌和钯或合金等作为催化剂，氧还原动力学高和燃料透过率低而成为研究的热点。在AEMFC中碱性阴离子交换膜一般采用铵盐类聚合物来制备，然而也存在氢氧根离子传导率不高和在强碱环境下化学稳定性不佳的瓶颈问题。目前还没有商业化的碱性阴离子交换膜，因此亟待研发具有高稳定性、高离子传导率的聚合物碱性阴离子交换膜。

目前文献报道的芳烃类碱性阴离子膜，在聚合物主链中多含醚键，而醚键在强碱溶液中容易被氢氧根离子进攻，引起主链结构的降解【J.Mater.Chem.A,2018,6,15456–1547；Adv.Funct.Mater.,2018,28,1702758】，从而导致聚合物离子膜的降解失效。靛红芳烃聚合物在主链结构中不含醚键，原料廉价易得，有在质子交换膜燃料电池的报道【Renewable Energy,2015,79,72–77】，制备的质子交换膜具有很好的成膜性，高的分子量和优异的机械性能。本发明公开一种带长链铵盐的聚靛红芳烃及其阴离子交换膜及其制备方法。

发明内容

根据目前碱性离子交换膜存在的问题，本发明提供了一种高稳定性、带长侧链铵盐的聚靛红芳烃及其阴离子交换膜及其制备方法。针对碱性阴离子膜存在的导电率较低，化学稳定性差，尤其是燃料电池性能较低的问题提供一种改进的方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明提供一种带长侧链铵盐的聚靛红芳烃，具有以下结构：

其中，1≤n₁≤2000的整数，m＝1～7的整数；y＝0.3-1；

A具有以下化学结构或者为化学键：

G选自如下结构：

本发明提供上述带长侧链铵盐的聚靛红芳烃的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，长链铵盐Ⅰ的合成

将卤代烷X-(CH₂)_n-X与叔胺加入到溶剂1中，充分搅拌溶解以后，在0～40℃下反应12～48h；反应结束后，将白色沉淀过滤并用洗涤剂1洗涤产物得到固体产物；经真空干燥得到固体长链铵盐Ⅰ；

所述长链铵盐Ⅰ，具有以下化学结构：

其中，n＝2～16，X是Cl或Br原子；

G选自以下结构：

步骤二，聚靛红芳烃Ⅱ的合成