【技术实现步骤摘要】
一种亲疏水刚性大体积共调节的阴离子交换膜及其制备方法
[0001]本专利技术属于燃料电池膜材料领域,涉及一种亲疏水刚性大体积共调节的阴离子交换膜及 其制备方法。
技术介绍
[0002]现代社会的发展面临化石燃料短缺和环境污染两大严重问题。面对到来的能源危机,全 世界必须意识到开源节流的策略,即一方面节约能源,另一方面开发新能源。燃料电池作为 一种高效、清洁的电化学发电装置,近年来得到国内外普遍重视。
[0003]阴离子交换膜(AEM)作为燃料电池的关键部件之一,在电池中起到阻隔阴阳两极和传 导氢氧根离子的作用。碱性阴离子膜燃料电池(AEMFC)氧还原过电位低,电极反应动力学 快,可采用钴、镍、铁等非贵金属催化剂,具有成本优势,无碳酸盐结晶及燃料渗透率低等优 点是燃料电池领域目前的研究热点之一,已被列入国家重点研发计划新能源汽车重大专项的 研究内容。但是,AEMFC的发展仍面临很多问题,AEM低电导率和差碱稳定性一直是阻碍 AEMFC发展的关键,因此发展具有高电导率和高碱稳定性的AEM成为近些年来的研究热点 和亟待解决的重点。
[0004]为了提高AEM的电导率,对于主链型阴离子交换膜而言,势必会增加离子基团数量以 增大离子基团浓度来获得高电导率,但此方法同时会带来过度的吸水与溶胀,影响膜的机械 性能。因此,通过设计合理有效的分子结构构造微相分离的方式来提高膜的电导率成为研究 的主流。如通过构造亲水段与疏水段的嵌段型聚合物,如交联型聚合物,最普遍的就是构造 各种亲疏水链段的长侧链结构。
[000 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种亲疏水刚性大体积共调节的阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,以不含醚氧结构的无氧主链为聚合物主链,同时引入亲水的和疏水的大体积结构单元对聚合物进行修饰,增大亲疏水性间的极性差异,诱导微相分离结构的同时,增大膜内自由体积,降低链堆积密度以此降低离子传输阻力,实现在较低离子交换容量下,具有较高的氢氧根电导率;具体步骤如下:(1)制备无氧聚合物主链1.1)将含苯单体1和能与其发生傅克缩聚反应的含酮基或者酰基的单体2加入溶剂A中至完全溶解,得到反应混合体系,其中,含苯单体与含酮基或者酰基的单体2的摩尔比为1:1
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1.1;1.2)将强酸性催化剂三氟甲烷磺酸和三氟乙酸加入恒压滴液漏斗,逐滴加入冰浴状态下的反应混合体系,其中,三氟甲烷磺酸和三氟乙酸的体积比为2
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15:1,且三氟甲烷磺酸与含苯单体1的摩尔比为9
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12:1;1.3)当滴加完毕后,移至室温;随着反应时间的增长,反应体系黏度逐渐增大,直至反应液粘稠至无法自由流动,倒入溶剂B,反应体系沉淀得到白色固体,用溶剂C反复洗涤白色固体,直至洗至中性,得到无氧聚合物主链1;最后将无氧聚合物主链放置真空烘箱中干燥;(2)亲水大体积结构单元的接枝将亲水大体积单体3与步骤(1)中所得聚合物主链1以及碳酸钾溶于溶剂D中;升温至60
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90℃,反应72
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96h后冷却至室温;随后将反应混合液倒入溶剂E中生成沉淀,用去离子水反复洗涤,最后放置真空烘箱干燥,得到聚合物2;所述的无氧聚合物主链1和步骤(2)中亲水大体积单体3的摩尔比为1:0.1
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0.9;碳酸钾与聚合物主链中参与反应的酮基或者酰基的摩尔比为1
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3:1;(3)疏水大体积结构单元的接枝将疏水大体积单体4与步骤(2)中所得聚合物2以及碳酸钾溶于溶剂F中;升温至60
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90℃,反应72
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96h后冷却至室温;随后将反应混合液倒入溶剂G中生成沉淀,用溶剂H反复洗涤,最后放置真空烘箱干燥,得到聚合物3;所述的聚合物2和步骤(3)中疏水大体积单体4的摩尔比为1:0.9
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0.1;碳酸钾与聚合物主链中参与反应的酮基或者酰基的摩尔比为1
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3:1;(4)离子液体的制备室温下,将碱稳定性较好的环形含氮单体5溶于溶剂I中,混合均匀后将其逐滴加入至过量的1,6
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二溴己烷与溶剂I的混合溶液;待全部滴加完毕,将反应体系升温至30
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60℃,大力搅拌反应12
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36h,生成大量白色沉淀;将粗产品过滤后再用溶剂I反复洗涤,去除未反应的1,6
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二溴己烷;将纯化后的离子液体放置真空烘箱干燥;(5)离子化聚合物的合成将步骤(3)干燥后的聚合物3与步骤(4)合成的离子液体进行季铵化反应;具体来讲,将聚合物3和过量的离子液体溶于溶剂J中,升温至60
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90℃,反应48
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96h后冷却至室温;随后将反应混合液倒入溶剂K中生成沉淀,用去离子水反复洗涤,最后放置真空烘箱中干燥得到聚合物4;(6)铸膜将步骤(5)所合成的聚合物4溶于溶剂L配制成5wt%的溶液,然后延流在干净的玻璃板上,加热至60
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80℃静置24
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【专利技术属性】
技术研发人员:张凤祥,马玲玲,李旅,张安然,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:
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