[发明专利]碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备方法及阴离子交换膜

说明书

本发明公开了碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备方法及阴离子交膜,包括以下步骤：CSEBS溶液和BPEI溶液制取；CSEBS/BPEI成膜溶液制取；交联CSEBS膜；主链苯环亚甲基氯季铵化和BPEI季铵化；氯离子转换为OH^‑。本发明制备出的碱性燃料电池用高离子交换容量阴离子交换膜离子交换容量高，力学性能好。

技术领域

本发明涉及一种碱性燃料电池用高离子交换容量阴离子交换膜的制备方法及碱性燃料电池用高离子交换容量阴离子交换膜。

背景技术

随着化石燃料不断消耗及环境污染物的增加，越来越多的国家开始研究清洁新能源动力体系如风能，太阳能，氢能。在当今清洁能源中，燃料电池在绿色，经济，环保，可持续性中扮演着不可缺少的角色。由于具有快速的氧气还原能力及不使用贵金属为催化剂的优点，目前阴离子交换膜燃料电池是研究最为广泛的能量转换装置。在阴离子交换膜燃料电池中，阴离子交换膜(AEM)是最重要的组成部分之一，并得到了广泛的研究。

阴离子交换膜中的聚合物骨架对燃料电池寿命和性能起着至关重要的作用，聚合物骨架选择对阴离子交换膜各方面性能起着决定性作用。由于杂芳环聚合物具有良好的热性能，机械稳定性和耐碱性，是AEM应用中最广泛的基底材料。AEM的主链通常是由聚醚，聚苯醚，聚醚砜，传导OH-的官能团通常是功能化季铵盐，胍基，咪唑。

为了提高阴离子交换膜的力学性能及离子电导率，Stable Elastomeric AnionExchange Membranes Based on Quaternary Ammonium-Tethered Polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene Triblock Copolymers（Macromolecules2015，48，(19)，7085-7095，Mohanty，A.D.； Ryu，C. Y..；Kim， Y.S.；Bae，C.）公开了利用偶联将六种不同的季铵化结构合成到SEBS的聚苯乙烯单元中。公开了AEM中季铵盐阳基团离子越小，吸水率变化率越大和嵌段共聚物的域间距越大，可提供更佳的离子传输性能，AEM在60和80°C的1 M NaOH中浸泡4周后，SEBS阴离子交换膜保持化学稳定。Cross-LinkedQuaternized Poly(styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene) for AnionExchange Membrane（Synthesis，Characterization and Properties.ACS AppliedMaterials Interfaces 2016， 8， (31)，20329-20341，Dai，P.；Mo，Z.；Xu，R.；Zhang，S.；Wu，Y.）通过氯甲基化SEBS与α，ω-双官能叔胺的同时季铵化和交联，合成了交联的季铵化SEBS薄膜，并且研究了α，ω-双官能叔胺分子中碳原子个数，结果表明当碳原子含量越高时，力学性能越好。Crosslinked high-performance anion exchange membranes basedon poly(styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene)( Journal of MembraneScience 2018，551，66-7，Hao， J.； Gao， X.；Jiang，Y.；Zhang，H.；Luo，J.；Shao，Z.； Yi，B.)将N，N，N'，N'-四甲基-1,6-己二胺作为交联剂和功能试剂被引入SEBS膜中，改性膜的吸水率降低，溶胀度减少，力学性能提高。这些以SEBS为基体材料阴离子交换膜离子交换容量低，力学性能较差。