[发明专利]一种复合型碱性聚合物电解质膜及其制备和应用

权利要求书

1.一种复合型碱性聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：复合型碱性聚合物电解质膜中包括两种或三种聚合物交织而成；其中，必须包含一种带正电荷官能团的聚合物，另一种或两种聚合物为带负电荷的聚合物；带负电荷的聚合物与带正电荷官能团的聚合物之间能够形成静电作用，具有静电作用的复合型碱性聚合物电解质膜的结构示意如下：

其中，正电荷的官能团为三甲胺的季铵盐、咪唑盐、1,4-二氮杂二环辛烷（DABCO）、胍盐中的一种或二种以上；对阴离子为Cl^-或OH^-；连接正电荷的聚合物主链为含苯乙烯结构的聚合物；

带负电荷的官能团为羧酸、磺酸、磷酸根中的一种；带磺酸根的聚合物主链为带侧链的全氟聚合物、偏氟聚合物、聚醚酮、聚醚砜、聚苯醚中的一种；带羧酸的聚合物主链为聚丙烯；带磷酸的聚合物主链为聚乙烯；

所述复合型碱性聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤，

（1）氯甲基化含聚苯乙烯结构主链聚合物的制备

于有机溶剂A中加入含聚苯乙烯结构主链的聚合物，将其溶解，然后依次加入催化剂和氯甲基化试剂，反应后用溶剂B析出，用溶剂B洗涤2次以上，干燥得到氯甲基化聚合物m；

（2）将步骤（1）中制备的氯甲基化聚合物m溶于有机溶剂C中，得到聚合物溶液1；带负电荷的聚合物称为a；然后将聚合物a溶于溶剂D中得到聚合物溶液2；

将聚合物溶液1和聚合物溶液2分别灌装于带针头的注射器中，平行固定在电纺丝机器的支架上，然后采用电纺丝技术，将聚合物溶液1和聚合物溶液2同时纺在一滚轮上，制备出未官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜；官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜的制备：是将步骤（2）制备的未官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜置于三甲胺、咪唑类化合物、DABCO或胍中的一种或者二种以上的溶液中浸泡，然后用去离子水充分洗涤，得到氯型官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜；

或，将步骤（1）中制备的氯甲基化聚合物m溶于有机溶剂C中，加入三甲胺、咪唑类化合物、DABCO或胍中的一种或者二种以上，反应得到官能团化聚合物溶液3；带负电荷的聚合物称为a；然后将聚合物a溶于溶剂D中得到聚合物溶液2；将官能团化聚合物溶液3和聚合物溶液2分别灌装于带针头的注射器中，平行固定在电纺丝机器的支架上，然后采用电纺丝技术，将官能团化聚合物溶液3和聚合物溶液2同时纺在一滚轮上，制备出氯型官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜；

（3）致密复合型碱性聚合物电解质膜的制备

将步骤（2）中采用电纺丝技术制备的氯型官能团化复合型碱性聚合物纤维多孔膜进行热压或浸泡溶剂E处理，得到均匀致密电解质隔膜；用去离子水充分洗涤后得到氯型复合型碱性聚合物电解质膜；

或，氢氧型复合型碱性聚合物电解质膜的制备：

将上述所得的均匀致密的电解质隔膜置于氢氧化钾和/或氢氧化钠溶液中浸泡，得到氢氧型复合型碱性聚合物电解质膜。

2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：带正电荷官能团的聚合物与另一种或两种带负电荷的聚合物的质量比为（10:1）-（1:1）。

3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述含聚苯乙烯结构主链的聚合物为聚苯乙烯或聚（苯乙烯-乙烯-丁烯）嵌段共聚物；

步骤（1）中所述溶剂A为质量分数为95-98%的浓硫酸、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、四氯乙烷中的一种或两种以上；所述溶剂B为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或两种以上；

步骤（1）所述催化剂为无水四氯化锡、氯化锌、三氟乙酸、三氯化磷中的一种或两种以上；所述氯甲基化试剂为氯甲基乙醚、氯甲基丁醚、氯甲基己醚、氯甲基辛醚、1,4-二氯甲氧基丁烷中的一种或两种以上；

步骤（1）中所述含聚苯乙烯结构主链的聚合物的质量与溶剂A的体积的比为（1:15）-（1:60）g/mL；所述含聚苯乙烯结构主链的聚合物与催化剂的质量比为（2:1）-（1:10）；所述含苯乙烯结构的聚合物与氯甲基化试剂的质量比为（2:1）-（1:10）；

步骤（1）所述溶解的温度为20-80 ℃；步骤（1）中所述反应的温度为20-80 ℃；步骤（1）所述反应的时间4 h。