一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法，该阴离子交换膜由联苯、7

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]离子交换膜作为燃料电池的关键部件，在传输离子以及隔绝燃料和氧气方面起着至关重要的作用，膜性能的好坏决定了电池系统的工作效率和使用寿命。质子交换膜燃料电池是最先研发出的聚合物电解质膜燃料电池，也是目前最接近商业化的燃料电池。但是质子交换膜需使用贵金属作为催化剂，大大增加了燃料电池的使用成本；阴离子交换膜燃料电池由于其在使用不含铂族等贵金属的催化剂时具有良好的功率密度和显著的成本优势，近来受到燃料电池界和能源界的广泛关注。
[0003]目前研发的阴离子交换膜仍然存在离子电导率较低、耐碱稳定性差的问题。提高离子电导率的最直接办法就是增加聚合物膜中传导官能团的数量，但可能会使膜过度溶胀减弱聚合物链间的相互作用力，导致阴离子交换膜的力学性能和耐碱稳定性大幅下降，最后达到极限会导致膜在碱液中破裂。由此可见，调控耐碱稳定性和离子电导率之间的平衡是研发阴离子交换膜材料的关键问题。
[0004](Hydrogen Energy,2021,46,8156
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8166)报道了一种侧链为长烷基链的聚醚醚酮类阴离子交换膜；但是其耐碱稳定性不佳，1M KOH溶液中浸泡30天后离子电导率损失了39.7％。(Journal of Membrane Science,2019,587,117
‑
>118)报道了一种具有优异柔韧性和稳定性的多阳离子交联型阴离子交换膜。交联结构能够增强膜的尺寸稳定性，而不会使离子电导率损失。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，该阴离子交换膜由联苯、7
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溴
‑
1,1,1
‑
三氟庚烷
‑2‑
酮、2,2,2
‑
三氟苯乙酮、和作为交联剂的1,2
‑
双(4
‑
吡啶基)乙烷聚合制得；该阴离子交换膜的结构式如下：
[0007][0008]优选的，结构式中的x代表7
‑
溴
‑
1,1,1
‑
三氟庚烷
‑2‑
酮与联苯的摩尔比，分别为0.25、0.5、0.75和1.0，所述7
‑
溴
‑
1,1,1
‑
三氟庚烷
‑2‑
酮所占摩尔比越大，功能位点越多，交联位点的数量也会增加。
[0009]本专利技术还公开了一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
[0010](1)制备聚联苯亚烷主链：在冰浴条件下依次将联苯、7
‑
溴
‑
1,1,1
‑
三氟庚
‑2‑
酮、2,2,2
‑
三氟苯乙酮、无水二氯甲烷添加到25ml单口烧瓶中，待全部溶解后通过注射器缓慢滴加三氟甲烷磺酸，缓慢升至室温反应12h，溶液由淡黄色变为棕褐色，并有粘稠状反应物析出；将所得反应物用热的甲醇溶液洗涤、干燥，得到白色纤维状固体；用氯仿将粗产物重新溶解，再次用热的甲醇溶液洗涤、真空干燥12h，得到聚联苯亚烷主链；
[0011](2)制备混合溶液，将步骤(1)的聚联苯亚烷主链溶于NMP溶液中，加入1,2
‑
双(4
‑
吡啶基)并搅拌均匀，得到混合溶液；
[0012](3)制备交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜：将步骤(2)中的混合溶液过滤后倒入聚四氟乙烯模具中，静置2h后，在70℃的真空烘箱中干燥24h后成膜，再将干燥后的膜进行碱化处理，待膜上的Br
‑
完全置换成OH
‑
，再用去离子水清洗表面，得到燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜。
[0013]本专利技术有益效果：
[0014]本专利技术成功制备了同时具有离子电导率高及耐碱稳定性强的交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，且制备方法简单，原料易得，成本低，有望应用于燃料电池领域。
附图说明
[0015]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1为本专利技术实施例1～4制备PBPA
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PBPA
‑
x聚合物的1H NMR谱图；
[0017]图2为本专利技术实施例1～4制备PBPA
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bipy
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x膜的红外光谱图；
[0018]图3为本专利技术实施例1～4制备PBPA
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bipy
‑
x膜的实物以及扫描电镜图；
[0019]图4为本专利技术实施例1～4得到的PBPA
‑
bipy
‑
x膜的离子电导率随温度的变化曲线；
[0020]图5为本专利技术实施例1～4得到的PBPA
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bipy
‑
x膜的离子电导率随时间的变化曲线。
具体实施方式
[0021]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0022]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0023]在本专利技术的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0024]本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。
[0025]参照图1
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图5，本专利技术的优选实施例，一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，该阴离子交换膜由联苯、7
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溴
‑
1,1,1
‑
三氟庚烷
‑2‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，其特征在于：该阴离子交换膜由联苯、7
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溴
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1,1,1
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三氟庚烷
‑2‑
酮、2,2,2
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三氟苯乙酮、和作为交联剂的1,2
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双(4
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吡啶基)乙烷聚合制得；该阴离子交换膜的结构式如下：2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，其特征在于：结构式中的x代表7
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溴
‑
1,1,1
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三氟庚烷
‑2‑
酮与联苯的摩尔比，分别为0.25、0.5、0.75和1.0，所述7
‑
溴
‑
1,1,1
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三氟庚烷
‑2‑
酮所占摩尔比越大，功能位点越多，交联位点的数量也会增加。3.一种燃料电池用交联型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法，其特征在于：该制备方法具体包括以下步骤：(1)制备聚联苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春辉，刘智聪，兰新雨，黄圣梅，徐瑶洁，刘莘蕊，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：