[发明专利]一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜及其制备方法，具体为：首先，将PSF溶解在二氯甲烷中，加入SnCl₄和1,4‑二氯甲氧基丁烷进行反应，得到氯甲基化聚砜；再将其溶解在DMSO中，加入4‑(咪唑‑1基)苯甲醛进行反应，得到改性聚砜；之后再将聚乙烯醇溶于二甲基亚砜中，加入改性聚砜和浓硫酸进行反应，干燥，脱膜，浸泡，洗涤，即可。本发明方法所制备的聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜，聚乙烯醇的强亲水性提高了复合膜材的亲水性，提高了复合膜的质子传导率，同时通过化学交联形成一种致密的交联网状结构，能够有效阻止氢氧根进入膜和自由基进入膜内部进行腐蚀。

技术领域

本发明属于燃料电池阴离子交换膜制备技术领域，具体涉及一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜，还涉及该聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种高效率将燃料和氧化剂转化的能量转化装置，相比于锂电池，具有能量密度高、体积小和续航时间长等优点，已经在航空航天、便携式电源、小型移动电源等领域取得了实际应用，具有很好的发展前途，作为最早实用化的燃料电池，阴离子交换膜燃料电池(CEMFCs)，可使用非贵金属作为催化剂，具有电极反应速度快、CO耐受性强、催化剂成本低等优点，引起了科学家的广泛关注。作为CEMFCs的核心部件，阴离子交换膜(CEM)起着传导氢氧根离子、隔离燃料气和氧气混合的作用，所以其性能直接决定着CEMFCs的输出功率和使用寿命，开发新型的CEMFCs在很大程度上取决于开发出新型的CEMs。目前，开发高性能CEM的面临无法解决离子传导率与尺寸稳定性之间的不平衡问题，为了使CEM获得很好的氢氧根离子传导能力，需在膜材键合较多的离子传输基团，但是过多的离子传导基团导致膜材的尺寸稳定性和耐碱性不好，有的甚至发生溶解破裂，严重影响了燃料电池的使用，迫切需要开发出在高离子传导率下具有较好尺寸稳定性和耐碱性能的CEM。近年来，采用酸碱复合、无机掺杂、化学接枝、物理共混等方法来解决该问题，但是其效果并不是很显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜，解决了传统CEM在高质子传导率下尺寸稳定性和耐碱性差的问题。

本发明的另一目的在于提供上述聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜，结构式为

本发明所采用的另一技术方案是，一种聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：制备氯甲基化聚砜；

步骤2：制备侧链末端含有醛基的改性聚砜；

步骤3：制备聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜膜材；

步骤4：将步骤3得到的聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜膜材放入1mol/L的NaOH溶液中，在30-50℃条件下浸泡24-30h，取出后用蒸馏水进行洗涤，直到洗涤液的pH值不发生变化为止，得到聚砜/聚乙烯醇复合阴离子交换膜。

本发明的特点还在于，

步骤1中，制备氯甲基化聚砜，具体为：

将PSF溶解在二氯甲烷中，待其溶解后加入催化剂SnCl₄，同时用滴液漏斗滴1,4-二氯甲氧基丁烷，在40-60℃的条件下反应24-40h，之后向反应混合液中加入2-4mol/L的稀盐酸，再加入沉淀剂沉淀出产物，静置、分离、洗涤、干燥，得到氯甲基化聚砜；

其中，聚砜、二氯甲烷、1,4-二氯甲氧基丁烷和四氯化锡的质量比为：1：47：1.9：0.58；

沉淀剂为无水乙醇、甲醇、异丙醇中的任意一种或多种。