[发明专利]一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜及制备方法，属于燃料电池技术领域；以溴代烷基取代的靛红单体与联苯类单体发生聚合反应作为聚合物主链，季铵基团作为阳离子功能基团，最后流延成膜；这种碱性膜的侧链长度可以通过不同的侧链取代靛红来控制。该主链不含醚键，同时长侧链的结构使阳离子基团远离主链，使膜具有强耐碱性。其疏水性长侧链的结构可以在膜内构建微观相分离结构，形成高效的离子传输通道，使膜具有高的离子传导率。同时，该碱性膜也拥优异的机械性能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种碱性膜及制备方法，特别涉及一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜及制备方法，属于燃料电池碱性膜制备技术领域。

技术背景

近年来，碱性膜燃料电池(alkaline anion exchange membrane fuel cell(AAEMFCs))受到越来越多的关注，这是因为，碱性膜燃料电池能在碱性环境中使用非贵金属催化剂，并且在阴极拥有更快的氧化还原反应动力学，为实现廉价的低铂或无铂燃料电池技术提供了可能的途径，以期望能替代高成本的质子交换膜燃料电池(proton exchangemembrane fuel cells(PEMFCs))。

阴离子交换膜燃料电池的核心部件为阴离子交换膜(anion exchange membrane(AEM)),也叫碱性膜，其主要作用为传导氢氧根离子并隔离阴阳极燃料，因此，高性能碱性膜的制备成为发展该燃料电池的主要挑战，然而，现碱性膜存在的问题有：(1)离子传导率低；(2)耐碱性差；(3)机械性能差。

常用的聚合物主链，由于含有砜基或醚键等吸电子基团的存在，导致其碱性条件下容易受到氢氧根离子进攻，导致膜主链发生降解，从而使碱性膜的性能降低，因此，科学家提出，使用聚芳烃型纯碳链骨架作为聚合物主链，同时通过长的疏水烷基侧链接枝阳离子基团，提高碱性膜的耐碱性、提高其寿命。

近年来，科学家制备了具有强耐碱性的聚联苯哌啶类碱性膜，然而，聚联苯哌啶类碱性膜的阳离子基团仍直接连在其聚合物主链上，限制了其耐碱性和离子传导率。

因此，开发一种易制备、高离子传导率、强耐碱性和尺寸稳定性的碱性膜及其制备方法，对碱性膜燃料电池的应用具有非常重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜，使其具有高离子传导率、强耐碱性和机械稳定性的特点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜，由长侧链型聚芳烃靛红聚合物制成，长侧链型聚芳烃靛红的主链的结构式如下，其中n＝2-8；

长侧链为含有叔胺基团的单体。

优选地，所述主链由含有烷基溴取代的靛红单体与联苯类单体进行缩合反应得到。

优选地，所述的烷基溴取代的靛红单体的结构通式如下所示，式中n＝2-8。

优选地，所述的联苯类单体为联苯、对三联苯、间三联苯或对四联苯。

优选地，所述的含有叔胺基团的单体为三甲胺、N-甲基吡咯烷或N-甲基哌啶。

本发明的另一目的是提供一种上述长侧链型聚芳烃靛红碱性膜的制备方法,其聚合物主链由含有烷基溴取代的靛红单体与联苯类单体进行缩合反应制备得到，并与含有叔胺基团的单体进行亲核取代反应得到长侧链型碱性膜。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种上述燃料电池用长侧链型聚芳烃靛红碱性膜的制备方法，包括如下步骤：