[发明专利]一种燃料电池用碱性阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用碱性阴离子交换膜及其制备方法，此膜由以下步骤制得：1).苯乙烯和烯丙基溴按不同投料比共聚合；2).用带有醛基的三级胺类和上述步骤1)得到的共聚物反应，形成季铵化功能位点；3).将步骤2)得到的聚合物溶解，加入不同比例的β‑环糊精，交联反应，放入氯化钙溶液中，吸附钙离子，放入稀氢氧化钠溶液中离子交换，制得新型的阴离子交换膜。本发明所述的阴离子交换膜采用β‑环糊精作为交联剂，同时β‑环糊精的空腔可以络合钙离子，一定程度上增大离子交换容量IEC，提高离子传导率。

技术领域

本发明属于碱性阴离子交换膜领域，涉及一种以苯乙烯和3-溴丙烯共聚物作为膜基质，以带有醛基的三级胺类和聚合物反应形成传导离子功能位点，β-环糊精为交联剂的制备阴离子交换膜的方法。

背景技术

碱性阴离子交换膜燃料电池，是一种将化学能转换为电能的装置，环境友好的新型化学电源之一。碱性阴离子交换膜为固体电解质，是它的一个关键部件，起到分割阴阳两极及传导质子（H⁺）或氢氧根离子（OH^-）的作用。因此碱性阴离子交换膜的性能好坏对此种燃料电池的电化学性能起到了决定性的作用，因而碱性阴离子交换膜成为了最近的研究热点。用于燃料电池的碱性膜应该具备以下特点：、足够的离子电导率、优异的碱稳定性、机械性能，良好的热稳定性，成本低，同时阻止燃料渗透。碱性阴离子交换膜是由聚合物主链和OH^-传导活性点位，常用的活性点位季铵盐、季磷盐等。

环糊精是由 α-1,4-糖苷键连接成的环状低聚糖, β-环糊精是由 7个D-葡萄糖单元形成的。环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，在其空洞结构中，外侧上端(较大开口端)由C2和C3的仲羟基构成，下端(较小开口端)由C6的伯羟基构成，具有亲水性，而空腔内由于受到C-H键的屏蔽作用形成了疏水区。β-环糊精的空腔可以络合钙离子，增大离子交换容量IEC，提高离子传导率。环糊精在碱性条件下稳定。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碱性阴离子交换膜，涉及一种以苯乙烯和3-溴丙烯共聚物作为膜基质，以带有醛基的三级胺类和聚合物反应形成传导离子功能位点，β-环糊精为交联剂的制备阴离子交换膜的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下方案来实现：

一种燃料电池用碱性阴离子交换膜，可按以下过程制备：

1).苯乙烯和烯丙基溴共聚合：氮气保护下，在无水甲苯中将苯乙烯和烯丙基溴溶解，加入重量比2%引发剂AIBN，磁力搅拌，65℃回流反应24小时，冷却将反应混合液倒入石油醚中析出聚合物，乙醇重新溶解，石油醚再析出，重复2次，真空烘干得到共聚物；

2).季铵化反应：氮气保护下，在溶剂DMF中将1)得到的共聚物超声分散溶解，加入带有醛基的三级胺类，磁力搅拌60℃下，反应进行24小时，除去未参加反应的小分子，得到季铵化聚合物；

3).制备阴离子交换膜：于DMF中溶解上述步骤2)季铵化聚合物，加入β-环糊精，微量稀盐酸调pH，磁力搅拌10min，混合液倒入玻璃盘上，室温反应6-8h， 放入80℃的烘箱中烘干溶剂，剥离出来，置于0.1g/ml无水CaCl₂乙醇溶液中24h，取出用去离子水冲洗几次，再置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡24h，得到氢氧型阴离子交换膜。

优选地，步骤1)中所述的苯乙烯和烯丙基溴物质的量比为1:(0.1-1)。

较佳地，步骤2)中所述的带有醛基的三级胺类为3-二甲基氨基丙醛、4-二甲氨基苯甲醛、1-甲基咪唑-4-甲醛、4-咪唑基苯甲醛、N-甲基-4-哌啶甲醛、N-甲基-4-哌啶酮、吡啶甲醛等的一种或两种以上。