【技术实现步骤摘要】
本公开涉及阴离子交换膜，具体而言，涉及一种光交联型阴离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，由于化石燃料的过度开采和环境问题的日益严峻，清洁能源的开发越来越受到重视。燃料电池作为一种新型发电装置，通过电化学反应直接将化学能转换为电能，不受卡诺循环的限制。其中聚合物电解质膜燃料电池具有极高的理论比能量，且能实现零排放，是未来电动汽车及便携式电源等最主要的供能方式之一。作为燃料电池中的关键组分，聚合物电解质起着传输离子、隔绝阴阳极的作用，直接影响电池的能量输出和使用寿命，因此开发具有良好力学性能和离子传输能力的聚合物电解质是目前研究的重点。
2、聚合物电解质通常由聚合物主链和离子基团共同组成，其中质子交换膜燃料电池研究的最早且已实现商业化。此类质子交换膜必须使用贵金属作为催化剂，且造价昂贵。而阴离子交换膜电极反应速率更快，可使用非贵金属作为催化剂，极大降低了使用成本。为了保证阴离子交换膜具有良好的机械稳定性，通常使用聚苯乙烯（ps）、聚苯醚（ppo）、聚醚醚酮（peek）、聚乙二醇（peg）、聚乙烯醇（pva）等力学性能良好的聚合物作为阴离子交换膜的主链。由于氢氧根在水中的迁移率远低于质子，因此在保证阴离子交换膜稳定性的前提下研究离子传输机制，并进一步提高电导率至关重要。通常提高阴离子交换膜电导率的方法是增加膜中离子数，但离子数量过多会导致膜过度溶胀，引起尺寸稳定性的下降。此外，不同类型的离子基团也会影响阴离子交换膜的化学稳定性。例如传统的季胺阳离子在碱性条件下容易通过霍夫曼消除或亲核取代发生降解，稳定性需进一步
3、因此，有必要开发新型阴离子交换膜。
4、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光交联型阴离子交换膜及其制备方法，在不降低电导率的前提下，大幅减少光交联型阴离子交换膜的溶胀比，提高光交联型阴离子交换膜的尺寸稳定性。
2、根据本公开的一个方面，提供一种光交联型阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
3、s10、获得含乙烯基咪唑鎓结构的第一聚合物；所述第一聚合物包括苯乙烯重复单元和乙烯基咪唑鎓修饰的苯乙烯重复单元；
4、苯乙烯重复单元的结构式为：
5、
6、乙烯基咪唑鎓修饰的苯乙烯重复单元的结构式为：
7、
8、其中，所述苯乙烯重复单元与乙烯基咪唑鎓修饰的苯乙烯重复单元的摩尔比为（0.7~1.5）：1；
9、s20、将第一聚合物与聚苯醚按照质量比（1~9）：1加入第一有机溶剂溶解后，加入光交联剂和光引发剂，搅拌0.5~3h，获得阴离子交换膜前驱体；所述光交联剂的结构式为：
10、
11、其中，r为含有3~15个碳的亚甲基；
12、s30、将阴离子交换膜前驱体平铺于容器中并暴露于365nm紫外光下10~30min后，在50~120oc下热处理12~48h，获得光交联型阴离子交换膜。
13、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s20中，所述光交联剂的质量为所述第一聚合物质量的0.5%~20%。
14、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s20中，所述光引发剂的质量为所述第一聚合物质量的0.1%~10%。
15、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s30中，所述热处理后获得的光交联型阴离子交换膜在0.5~1 mol/l的naoh或koh溶液中浸泡12~36h。
16、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s10中，所述获得含乙烯基咪唑鎓结构的第一聚合物包括：
17、s101、将苯乙烯与对氯甲基苯乙烯加入第二有机溶剂，获得第一混合溶液；其中，所述苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的质量比为（0.5~1）：1；
18、s102、在第一混合溶液中加入自由基聚合引发剂反应10~12h后，分批加至第一沉淀剂中，获得共聚物；所述自由基聚合引发剂的质量为所述第一混合溶液的质量的0.1%~10%；
19、s103、所述共聚物溶解于第三有机溶剂，加入乙烯基咪唑，在50~80℃下反应24~48h后，分批加至第二沉淀剂中，获得含乙烯基咪唑鎓结构的第一聚合物；其中，所述乙烯基咪唑的质量与共聚物的质量比为（1~7）：10。
20、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s102中，所述自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或多种。
21、在本公开的一种示例性实施例中，步骤s20中，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
22、根据本公开的另一个方面，提供一种光交联型阴离子交换膜，采用上述制备方法获得；
23、所述光交联型阴离子交换膜包括第二聚合物和聚苯醚；所述第二聚合物包括苯乙烯重复单元和交联重复单元；
24、所述苯乙烯重复单元如结构式1所示：
25、结构式1
26、所述交联重复单元如结构式2所示：
27、结构式2
28、所述聚苯醚具有结构式3所示的苯醚重复单元：
29、结构式3
30、其中，x-为cl-或oh-。
31、在本公开的一种示例性实施例中，所述第二聚合物与聚苯醚的质量比为（1~10）：1。
32、在本公开的一种示例性实施例中，所述苯乙烯重复单元与交联重复单元的摩尔比为（1.4~3.0）：1。
33、本专利技术制备出一种基于聚苯乙烯/聚苯醚的光交联型阴离子交换膜，其中，聚苯乙烯主链（第一聚合物中苯乙烯重复单元和乙烯基咪唑鎓修饰的苯乙烯重复单元形成的聚苯乙烯主链）通过“巯基-烯”点击化学进行光交联反应，同时引入力学性能优异的聚苯醚主链。该种阴离子交换膜能够综合聚苯乙烯和聚苯醚两种聚合物的优势，形成的交联结构能够在保证电导率的情况下有效地提升膜的力学性能和耐碱稳定性。本专利技术制备的阴离子交换膜离子电导率高，高温下溶胀比较低，且在1 mol/l naoh溶液中80℃测试稳定性，电导率可保持初始值的71.3%，耐碱性良好，在燃料电池领域有着广阔的应用前景。
34、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
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1.一种光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述光交联剂的质量为第一聚合物质量的0.5%~20%。
3.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述光引发剂的质量为第一聚合物质量的0.1%~10%。
4.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S30中，所述热处理后获得的光交联型阴离子交换膜在0.5~1 mol/L的NaOH或KOH溶液中浸泡12~36h。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述获得含乙烯基咪唑鎓结构的第一聚合物包括：
6.根据权利要求5所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S102中，所述自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述光引发剂为2
8.一种光交联型阴离子交换膜，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的制备方法获得；
9.根据权利要求8所述的光交联型阴离子交换膜，其特征在于，所述第二聚合物与聚苯醚的质量比为（1~10）：1。
10.根据权利要求8所述的光交联型阴离子交换膜，其特征在于，所述苯乙烯重复单元与交联重复单元的摩尔比为（1.4~3.0）：1。
...【技术特征摘要】
1.一种光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s20中，所述光交联剂的质量为第一聚合物质量的0.5%~20%。
3.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s20中，所述光引发剂的质量为第一聚合物质量的0.1%~10%。
4.根据权利要求1所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s30中，所述热处理后获得的光交联型阴离子交换膜在0.5~1 mol/l的naoh或koh溶液中浸泡12~36h。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的光交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s10中，所述获得含乙烯基咪唑鎓结构的第一聚合物包括：
6.根据权利要求5所述的光交联型阴离子交...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨薇弘，谢龙飞，宰伟，吕英威，王凯，樊光娆，吴金平，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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