[发明专利]一种支化梳型聚芳醚砜、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种支化梳型聚芳醚砜、其制备方法和应用，所述支化梳型聚芳醚砜具有式I结构，支化度为2％～8％；式I中，n选自1～400的整数；R‑如式II所示，x选自7～16的整数。本发明所述的聚合物具有庞大体积的刚性支化结构，支化度为2％～8％；并且具有不同长度的连接咪唑鎓盐基团和聚合物骨架的柔性烷基侧链。本发明所述支化梳型聚芳醚砜膜材料表现出良好的离子电导率，更具有出色的碱稳定性和机械性能。同时，该聚合物易于制备，成本较低。因此，本发明所述支化梳型聚芳醚砜用于碱性阴离子交换膜燃料电池中的膜材料，在实际操作中能很好地满足高性能、耐久性及低成本等要求。

技术领域

本发明涉及阴离子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种支化梳型聚芳醚砜、其制备方法和应用。

背景技术

随着全球对替代能源的需求不断增长，燃料电池技术有望成为运输和固定应用中更有前途的环保电源之一，其唯一副产物是水。其中，基于电解质的分类，聚电解质膜燃料电池主要分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)，以及碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)等。在过去的几十年里，行业内对PEMFC进行了深入的研究，但耐用性和成本仍然是两个主要挑战，阻碍了其全球商业化。在这些条件下，碱性阴离子交换膜燃料电池正在吸引越来越多的关注。

从技术上来说，两种燃料电池比较相似，但阴离子交换膜材料的使用环境是在碱性条件下，OH^-阴离子在碱性阴离子交换膜中从阴极传输到阳极。阴离子交换膜(AEM)中OH^-的传输主要通过功能性阳离子官能团周围聚集水分子的纳米区域；通常，阴离子交换膜材料需要满足高性能、耐久性及低成本等要求，因为其性能直接影响燃料电池效率。对于制备高性能的阴离子交换膜，最急需解决的问题包括膜材料需具备高离子电导率以及优异的碱稳定性、机械性能等。

目前，研究学者们已经提出了许多可以增强阴离子交换膜材料的OH^-离子电导率的方法。最常见的方法就是增加膜材料的离子交换容量(IEC)，但是，高IEC值的膜材料的机械性能是一个很大的挑战，因为膜材料的溶胀率随着吸水性的增加而增加。此外，改变聚合物分子结构也是一种方法，其目的是加强亲水/疏水相分离并且增加亲水性区域的连接性，已经制备了柔性侧链、多阳离子基团等聚合物作为阴离子交换膜材料。

然而，对于在实际操作中能满足高性能、耐久性及低成本等要求的阴离子交换膜材料，目前并没有相关的报道。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种支化梳型聚芳醚砜、其制备方法和应用，本发明提供的支化梳型聚芳醚砜作为阴离子交换膜材料，具有良好的离子电导率、优异的碱稳定性及机械性能，并且成本较低，易于制备，能很好地满足高性能、耐久性及低成本等要求。

本发明提供一种支化梳型聚芳醚砜，具有式I结构；所述支化梳型聚芳醚砜的支化度为2％～8％；式I中，n选自1～400的整数；R-如式II所示，其中，x选自7～16的整数；

优选地，所述支化梳型聚芳醚砜的支化度为3％～6％；x选自8～12的整数。

本发明提供如上文所述的支化梳型聚芳醚砜的制备方法，包括：将式III所示的含羟基支化聚芳醚砜与式IV所示的溴代烷基咪唑鎓盐进行反应，得到式I所示的支化梳型聚芳醚砜；n选自1～400的整数；x选自7～16的整数；

优选地，所述含羟基支化聚芳醚砜按照以下步骤制备得到：将双酚AF、带甲氧基双酚芴、4,4’-二氟二苯砜和支化单体进行亲核缩聚反应，得到式V所示的含甲氧基支化聚芳醚砜；将所述含甲氧基支化聚芳醚砜去甲基化，得到式III所示的含羟基支化聚芳醚砜；所述支化单体具有式1结构：