[发明专利]燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜及其制备方法，属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域。该阴离子交换膜结构式如式Ⅰ所示。本发明还提供一种燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜的制备方法，该方法先制备聚醚醚酮；然后将聚醚醚酮上的甲基进行溴化取代反应，得到溴化后的聚醚醚酮；再将1‑甲基咪唑和1‑乙烯基咪唑加入溴化后的聚醚醚酮溶液中，得到混合溶液；最后将混合溶液倒入玻璃板上干燥，所铺成的膜即为燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜。本发明的阴离子交换膜具备高离子传导率、强耐碱性、较高机械性能和较高的相对选择性，且该实验制备方法简单成本低。

技术领域

本发明属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用交联咪唑型阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜(AEM)是碱性燃料电池的核心部件。与质子交换膜相比，由于OH^-的扩散效率要比H⁺的扩散效率小4倍，所以膜中OH^-的浓度为H⁺的浓度的4倍时，才能实现与酸性膜相同的效果。这也就意味着，对于碱性PEMs来说，增加离子交换容量是必然要求。但是，这样就会带来一些其他的问题，比如较高的离子交换容量可能会使得聚合物的溶胀现象比较明显，因此，此类膜一般具有较差的机械性能，对商业化生产可能带来一定的影响。由此，展开了我的此次研究。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜及其制备方法，该阴离子交换膜具备高离子传导率、强耐碱性、较高机械性能和较高的相对选择性。且该实验制备方法简单成本低。

本发明首先提供一种燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜，结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，n为≥1的整数，x为1-甲基咪唑的接枝的百分比，100％-x为1-乙烯基咪唑接枝的百分比为，1-甲基咪唑：1-乙烯基咪唑＝x:100％-x，100％≥x≥0％。

本发明还提供一种燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜的制备方法，包括如下：

步骤一：制备聚醚醚酮；

步骤二：将步骤一得到的聚醚醚酮上的甲基进行溴化取代反应，得到溴化后的聚醚醚酮；

步骤三：将1-甲基咪唑和1-乙烯基咪唑加入步骤二中的溴化后的聚醚醚酮溶液中，得到混合溶液；

步骤四：将步骤三的混合溶液倒入玻璃板上干燥，所铺成的膜即为燃料电池用交联咪唑型聚醚醚酮阴离子交换膜。

优选的是，所述的聚醚醚酮的制备方法为：将甲基氢醌、4,4-二氟二苯酮、成盐剂和溶剂分别加入到反应容器中混合，将混合物在氮气氛下从常温加热至124-130℃，继续搅拌4-5h，再将温度升至165-170℃，继续反应3～6h，得到聚醚醚酮。

优选的是，所述的成盐剂为K₂CO₃；溶剂为甲苯。

优选的是，所述的甲基氢醌和4,4-二氟二苯酮的质量比为2.483：4.364。

优选的是，所述的步骤二具体为：将聚醚醚酮溶解于溶剂中，然后加入NBS和BPO，在氮气保护下对混合物加热，从常温升至75-80℃，反应5-6h，得到溴化后的聚醚醚酮。

优选的是，所述的聚醚醚酮、NBS和BPO的质量比为1：1.18：0.08。

优选的是，所述的溶剂为1,1,2,2-四氯乙烷。

优选的是，所述的溴化后的聚醚醚酮的质量(g)：1-甲基咪唑的体积(mL)和1-乙烯基咪唑的体积(mL)为5：(1.515-3.535)：(1.52-3.546)。