[发明专利]一种用于燃料电池的聚合物阴离子交换膜及制备方法

说明书

一种用于燃料电池的聚合物阴离子交换膜及制备方法，该膜由以下步骤制得：1).PVA改性，含有碳碳双键侧链基团接枝到PVA上，2).咪唑硫醇通过click反应接枝到步骤1）的产物上，3).利用二卤代烃、一卤代烃对上述步骤2)的产物中咪唑季铵化，并一定程度交联，成膜后放入NaOH水溶液中碱化，得到碱性阴离子交换膜。本发明所述的膜制备方法简单，具有易成膜、电导率高、电化学稳定性好的特点。

技术领域

本发明属于用于燃料电池的聚合物阴离子交换电解质膜领域，涉及一种利用click反应将咪唑功能基团接枝到改性PVA，季铵化同时在大分子之间化学交联的制备阴离子交换膜及方法。

背景技术

聚合物电解质膜燃料电池以聚合物电解质膜为固体电解质，起到分割阴阳两极及传导质子（H⁺）或氢氧根离子（OH^-）的作用，是聚合物电解质燃料电池中的一个关键部件。聚合物电解质膜的性能好坏对聚合物电解质膜燃料电池的发电性能起到了决定性的作用，因而高性能聚合物电解质膜的研究与开发就显得尤为重要。

交联网络阴离子交换膜是通过交联剂和高分子链上的反应位点在聚合物大分子链之间形成的网络体系。其优点在于交联结构会增强阴离子交换内分子链间的结合力，在阴离子交换膜吸水饱和状态时，提高机械性能，因此会提高阴离子交换的综合性能。大量关于离子交换膜的报道，咪唑环离子化之后具有一定的OH^-传导能力，可以在膜中充当具有离子传导能力的“活性点位”。在 AEMFC 的强碱性的工作环境下，咪唑环类阳离子功能基团特有的元环结构，可以对辅助传导OH^- 的正电基团起到一定的保护作用，缓解其在碱性溶液中易降解的问题。与传统的季铵类阳离子功能基团、季磷类阳离子功能基团相比，咪唑阳离子功能基团表现出了优异的耐碱稳定性。

click化学是一个新兴的合成工具箱，特别适合于端基或侧基功能化、聚合物基质的交联和高度支化的物质，click化学的吸引力是反应的模块化性质加上综合强大的特性，如：区域选择性，定量产率，非色相 净化、使用良性溶剂（如水）和温和的反应条件。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚合物阴离子交换电解质膜及其制备方法，涉及一种利用click反应将咪唑功能基团接枝到改性PVA，季铵化同时在大分子之间化学交联的制备阴离子交换膜及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下方案来实现：

一种用于燃料电池的聚合物阴离子交换膜及制备方法，可按以下过程制备：

1).在N₂保护下，将一定量的聚乙烯醇(PVA)溶解在DMSO中，加入一定量的粉末状碱，在70℃下磁力搅拌2h，然后加入预热到70℃一定量烯丙基溴的DMSO溶液，剧烈搅拌反应48-72h，将混合物倒入冷水，沉淀并过滤收集，反复水洗涤低温干燥得到带碳碳双键侧链的改性PVA；

2).室温下于甲醇中加入一定比例的上述步骤1)制得的物质、咪唑硫醇、以及2%当量光引发剂DMPA，避光搅拌溶解均匀后，鼓入氮气除氧，在365nmUV下辐射60min，旋蒸浓缩，用NaOH水溶液洗涤除去未反应物质咪唑硫醇，用去离子水洗，干燥备用；

3).取步骤2)的适量物质溶于N.N-二甲基甲酰胺，加入一定比例二卤代烃，搅拌10min，混合液倒入平铺于干净玻璃盘上，放入50℃的烘箱中反应8h，加入一定比例一卤代烃，继续反应充分季铵化24h，后烘干溶剂，得到交联型膜，剥离出来，置于室温1M氢氧化钠溶液中浸泡24-48h，得到氢氧型交联型阴离子交换膜。

优选地，步骤1)中所述的PVA（重复单元）、烯丙基溴、碱物质的量比为1:(0.05-1.2)：(0.1-2.4)。

优选地，步骤1)中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、碳酸铯中的一种或多种。

优选地，步骤2)中所述的PVA（重复单元）、咪唑硫醇物质的量比为1:(0.05-1.5)。