[发明专利]一种交联阴离子膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电池膜材料领域，具体地说是一种高性能交联型阴离子膜及其制备方法以及该类膜在燃料电池和酸性电解质液流储能电池方面的应用。

背景技术

阴离子交换膜是分离与提纯、化学电源的关键材料，在水处理、碱性燃料电池、液流储能电池等方面均有重要应用。目前常用的阴离子交换膜主要是季铵型阴离子膜。但这类阴离子膜的电导率较低，热稳定性和化学稳定性较差，远不能满足电池实用化和商业化要求。

因此，人们尝试改变阴离子膜的离子传导基团，以提高膜电导率和稳定性，李忠芳等发明了一种吡啶盐的弱碱阴离子膜，可以降低甲醇的渗透率，但吡啶盐碱性弱，电导率不高(中国专利2007.CN101328275A)。严玉山等制备了季鏻型阴离子膜，电导率高，但是膜很脆，并且价格昂贵(Yushan Yan et al Angewandte Chemie International Edition，2009，48(35)，6499-6502.)。

特别地，在全钒液流储能电池中，五价钒离子的强氧化性要求所使用的离子交换膜具有足够的氧化稳定性。阴离子膜能够从原理上阻止钒离子透过(由于Donnan效应)，减少膜与五价钒离子的接触，所以比质子交换膜具有更好的氧化稳定性。但传统的季铵型阴离子膜、季鏻型阴离子膜由于水的溶胀作用也会使钒离子有一定程度的渗透，降低电池的库仑效率，也对膜的氧化稳定性不利。交联能抑制溶胀，抑制钒离子的迁移，提高膜的氧化稳定性，也能提高电池性能。

发明内容

针对上述阴离子膜存在的问题，本发明提出一种高性能交联型阴离子膜及其制备方法，将含苄基卤基团的聚合物通过双胍或多胍交联而成的阴离子膜。这类膜具有高稳定性、高电导率和低溶胀率，因此表现出很好的电池性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，

一种交联阴离子膜，其为含苄基卤基团的聚合物通过双胍或多胍交联而成的阴离子膜。

所述用于交联反应的聚合物为含苄基卤基团的聚合物，含苄基卤基团的聚合物包括氯甲基化聚芳醚砜、氯甲基化聚砜、氯甲基化酚酞型聚芳醚砜、溴甲基化聚芳醚砜、溴甲基化聚砜、溴甲基化酚酞型聚芳醚砜、溴甲基化聚苯醚、氯甲基化聚苯醚、氯甲基化聚醚醚酮、溴甲基化聚醚醚酮、氯甲基化聚苯并咪唑、溴甲基化聚苯并咪唑、聚氯甲基化苯乙烯、含聚氯甲基化苯乙烯共聚物中的一种或二种以上；卤甲基化程度范围为0.1～20mmolg^-1。

所述的双胍结构为：

R₁-CH₂-M-CH₂-R₂

所述的多胍结构为：

其中，M，Z，Q可为A₁，A₁-A₂，A₁-A₂-A₃，A₁-A₂-A₃-A₄，…，A₁-A₂-…-A₉₉-A₁₀₀；

其中A₁，A₂，A₃，A₄，…A₉₈，A₉₉，A₁₀₀可为下述结构中的一种，

-C_nH_2n-，-O-

n＝0-20，h＝1-1000；

R₁、R₂、R₃、R₆结构为下述结构中的一种，

其中Q₁～Q₁₀＝C_tH_2t+1，t＝1～20

R₄、R₅结构为下述结构中的一种或二种以上，

其中Q₁～Q₁₀＝C_tH_2t+1，t＝1～20，T^-为Br^-、Cl^-或OH^-。

所述阴离子膜的可按如下方法制备，