[发明专利]燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法，属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域。该阴离子交换膜按接枝两种季铵基团摩尔比不同：摩尔比为：a：b（a、b均为1~9的整数且a+b=10）；本发明还提供了两种季铵侧链型阴离子交换膜的制备方法，该方法是利用亲核缩聚反应进行聚合，通过接枝两种季铵基团制备了两种季铵侧链型阴离子交换膜。本发明的两种季铵侧链型阴离子交换膜在80℃时的离子传导率最高可达到0.142S/cm。

技术领域

本发明属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来，为了追求经济快速发展，人们过度采用化石能源，造成能源枯竭、环境污染等问题，此时，燃料电池作为一种新型可再生能源逐渐进入各国研究者的视线中。目前，大部分的研究集中在质子交换膜燃料电池领域内，但由于其催化剂需要采用价格昂贵的金属，极大的限制了质子交换膜燃料电池的推广与发展。相比之下，阴离子交换膜燃料电池具有燃料氧化速率快、液体醇燃料渗透率低及可使用非贵金属催化剂等优势，有着广阔的应用前景因此，阴离子交换膜燃料电池的研究受到研究者的广泛关注。

阴离子交换膜作为阴离子交换膜燃料电池的核心部件，其性能直接决定了阴离子交换膜燃料电池的性能。目前研究的阴离子交换膜材料的种类也十分繁多，聚醚砜、聚醚酮、聚乙烯醇、聚苯醚等都可以作为阴离子交换膜基质材料。阴离子交换膜也有很多的优点可以选择价格低廉的催化剂来代替贵金属催化剂，使燃料电池的使用成本大幅度降低并且其大范围的应用也可以不用依赖于现有的资源储量，有利于大面积的推广应用，这无疑是推进燃料电池迅速发展的重大突破。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法，该阴离子交换膜具有较高的离子传导率和优异的耐碱稳定性，同时，该制备方法操作简单、成本较低、前景广阔。

本发明首先提供一种燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜，该阴离子交换膜按接枝两种季铵基团摩尔比不同进行制备：

其中接枝两种季铵基团摩尔比为：a：b（a、b均为1~9的整数且a+b=10）；

所述的季铵基团功能化聚芳醚酮，结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ

本发明还提供一种燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜的制备方法，包括如下：

步骤一：将聚合物溶于四氯乙烷中，加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时，出料于醇中，得到淡黄色絮状物；

步骤二：将第一步得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中，然后得到澄清橙色溶液；

步骤三：将步骤二得到的溶液加入TMA和1-甲基吡咯烷搅拌12～24小时，得到深黄色成膜液，阴离子交换膜按接枝两种季铵基团摩尔比不同进行制备，接枝两种季铵基团摩尔比为：a：b（a、b均为1~9的整数且a+b=10）；

步骤四：将步骤三得到的成膜液采用流延法延流成膜，即得到燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜。

2、优选的是，所述的功能化聚芳醚酮制备方法为：氮气保护下，在三口瓶中加入0.02 mol 4,4’-二氟二苯酮，0.02 mol 甲基氢醌，混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂，125～145℃带水回流3～5小时后放出带水剂，温度升至165～170℃，继续反应2～3小时，得到聚芳醚酮聚合物。

优选的是，所述的季铵基团为1-甲基吡咯烷和TMA。

优选的是，所述的单体为4,4’-二氟二苯酮和甲基氢醌。