[发明专利]吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜的应用

说明书

技术领域

本发明涉及吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜在直接醇类燃料电池膜材料中的应用。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)为一类低温燃料电池，特别适用于移动电源和微、小型电源，适用范围非常广泛，具有非常广阔的市场前景。可用于航天器、潜艇、装甲车等大型动力电源；可用于电动汽车、电动摩托车、电动自行车、电动轮椅等车的清洁电源；也可用于电脑、通讯设备、手机等移动通讯设备的便携电源；还可用于野外作业、野外勘探、边防哨所、单兵作业用可移动电源；还可用于固定电站、高速路牌等固定电源。作为微、小型电源DMFC具有更加明显的优势，具有更加广阔的市场前景。

通常的碱性燃料电池是以强碱，如KOH溶液作为电解质。在碱性条件下，甲醇和氧气的反应活性比在酸性条件下高得多，所以，其电极反应可以用活性稍差的催化剂来催化完成，如，阳极甲醇的氧化可用新制备的Ni，阴极可采用Ag。这使阳极、阴极的催化剂的选择范围变宽。非酸性环境也使电极板材料的选择范围变宽。由于空气中的CO₂和甲醇氧化产生的CO₂可与KOH或碱性聚合物膜中的氢氧根反应，会导致电解质溶液的损失，电池性能下降。燃料采用醇类，由于醇类氧化产物为二氧化碳，使得二氧化碳的清除变得困难。

弱碱性聚合物膜直接醇类燃料电池(Alkalescence Polymer Electrolyte MembraneDirect Alcohol Fuel Cells，ADAFC)是一类新型燃料电池系统。它是采用聚合物膜作为电解质，其传导离子为弱碱性的碳酸根/碳酸氢根离子的一种低温型直接醇类燃料电池。弱碱性聚合物膜直接醇类燃料电池由于同时具有DMFC和AFC两种电池的优点。所以具有非常广阔的应用前景和巨大的市场潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜在直接醇类燃料电池膜材料中的应用。

本发明吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜的用途是作为直接醇类燃料电池膜材料，所述吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜是由高分子材料成膜后经季铵化反应、碱化反应得到的，所述高分子材料为以下两种种高分子材料之一：

A：二元共聚物，由2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶或4-三氟乙烯吡啶分别与二乙烯基苯、苯乙烯、三氟苯乙烯、丁二烯、异戊二烯之一二元共聚得到的共聚物，共聚物中2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶或4-三氟乙烯吡啶聚合单元在高分子中所占的质量比例为10％～60％，共聚物的平均分子量在10⁵～10⁸；

B：共混物，上述A与C高分子材料共混得到的，所述C高分子材料选自聚偏氟乙烯、双酚A聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚砜、聚醚砜酮、杂萘联苯聚醚醚酮、杂萘联苯聚醚砜或杂萘联苯聚醚砜酮，其中C高分子材料的质量百分数为10％～70％。

上述这些高分子材料(A或B)可以采用流延法成膜，也可以采用多孔材料板成膜方式。

流延法成膜：A(二元共聚物)或B(共混物)溶于N，N-二甲基乙酰胺中，形成固含量5wt％～10wt％的制膜液，过滤除去不溶性杂质，超声波除去气泡，在洁净玻璃板上流延成膜；

多孔材料板成膜：用多孔支撑材料浸入5wt％～15wt％的A或B的二甲基乙酰胺溶液中，浸泡1～4小时，取出干燥后成膜。

膜依次进行季铵化反应、碱化反应得到膜材料，所述季铵化反应是在避光下，将膜浸泡到10％～20％的碘甲烷的水溶液中24h，然后用去离子水冲洗，所述的碱化反应是将季铵化后的膜浸泡到10％～15％的NaOH溶液或10％的Na₂CO₃溶液中，浸泡24h，取出用去离子水冲洗碱液后得到碱性(NaOH溶液浸泡)或弱碱性(Na₂CO₃溶液浸泡)膜材料。

本发明的优点：

碱性或弱碱性膜用于直接甲醇燃料电池(AMDMFC)，在碱性或弱碱性条件下工作，具有可提高甲醇氧化反应速率，消除电拖曳造成的甲醇渗透，拓宽催化剂(包括阳极、阴极的催化剂)、电池材料的选择范围，简化水管理等优点。

附图说明

图1为膜的电导率测定装置；

图2为甲醇透过系数测定膜池结构示意图。

图中：1-不锈钢下电极；2-聚四氟乙烯测量池；3-被测膜；4-恒温恒湿箱；5-不锈钢上电极；6-频率响应分析仪；7-搅拌子

具体实施方式

实施例1：聚(2-乙烯基吡啶)的合成