[发明专利]一种全碳链阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种全碳链阴离子交换膜的制备方法，取乙烯基咪唑和溴乙醛缩二乙醇，在60℃‑66℃回流反应48‑72h，得到深褐色的反应产物；在过量的乙酸乙酯中洗涤数次，收集下层粘稠状咪唑季胺盐，干燥得到1‑乙烯基‑3‑(2,2‑二乙氧基乙基)咪唑溴盐；所得与苯乙烯和丙烯腈混合，加入溶剂和引发剂，混合均匀通入氮气，缓慢升温至65‑75℃反应4‑6h；在甲醇溶液中洗涤后干燥；溶解在N,N二甲基甲酰胺中，加入交联剂，升温至60‑70℃反应4‑6h；倒入聚四氟乙烯模盘中，热处理得到阴离子交换膜。本发明在咪唑阳离子上引入给电子基团使得阳离子正电性降低，减少OH^‑对咪唑阳离子的进攻而增强稳定性，因而具有优良的机械性能、碱稳定性能、尺寸稳定性和热稳定性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种全碳链阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

阴离子交换膜燃料电池(AnionExchangeMembrane Fuel Cell，AEMFC)，作为目前公认的一类杰出的清洁能源转换装置，它们可以有效地从丰富的燃料中产生电力，而不排放任何有害的化学物质。负离子交换膜燃料电池被认为是PEMFC最有前途的替代品，在过去20年里，由于使用了非贵金属催化剂、改善了氧还原动力学、易于水管理、腐蚀少以及更好的燃料氧化等独特特性，它吸引了大量的研究兴趣。AEMFCs的主要组成部分,阴离子交换膜(AEM)应该有一些必要的品质如氢氧根离子导电性好，膨胀率低，长期碱性稳定等，然而，AEMFCs发展仍然是由于缺少合适的AEM有限，可容纳长期高导电性和化学稳定性同时具有挑战性的碱性环境下。需要注意的是，碱性稳定性和离子电导率是任何AEMFC的关键参数，它们控制AEMFC器件的寿命和性能。

阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的核心材料之一，起着传导OH^-与负责隔绝阴阳极反应物的作用，是决定AEMFC性能的重要因素之一。然而，目前阴离子交换膜存在电导率低、稳定性差等缺点，尚无性能全面满足AEMFC要求的商业化阴离子交换膜。为此，开发具有高电导率、低甲醇渗透率以及优异稳定性的AEM成为研究者关注的热点与重点。从化学结构上看，碱性阴离子交换膜主要由聚合物主链和阳离子基团组成。通常认为聚合物主链结构决定膜的力学性能、热稳定性能等；而阳离子基团则影响膜的电导率及耐碱稳定性。季铵化的芳族聚合物主链(尤其是聚醚砜类聚合物)中的N、O、S等杂原子在碱性条件下容易受到氢氧根离子的进攻而发生降解反应，导致膜失去机械性能而不能使用。因此主链全为碳原子的聚合物拥有更加优秀的耐碱性。此外，阳离子基团影响膜的电导率，若其耐碱性不佳也会导致阴离子交换膜使用寿命的降低。因此选用合适的聚合物主链配合碱稳定性良好的季胺离子官能团有望推动阴离子交换膜的商业化发展。

Li等通过将制备聚丁二烯-b-聚(4-甲基苯乙烯)嵌段共聚物的苄基溴化，随后通过与三甲胺的季铵化反应制备了阴离子交换膜，这类聚合物主链上虽然不含非碳原子，但是季胺离子与苯环直接相连，降低了季胺离子的稳定性。Zhang等通过配位聚合制备了溴代烷基功能化聚丙烯阴离子交换膜，由于较差的溶解性，只能采用熔融热压成膜，膜的制备工艺困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种主链不含N,O,S等杂原子的全碳链离子交换膜的制备方法，制备得到一种苯乙烯/丙烯腈/乙烯基咪唑阳离子溴盐阴离子交换膜，在咪唑阳离子上引入给电子基团，使得阳离子正电性降低，减少OH^-对咪唑阳离子的进攻而增强稳定性，该阴离子交换膜具有优异的机械系能耐，尺寸稳定性，耐碱性能和热稳定性。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种全碳链阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

1)取乙烯基咪唑和溴乙醛缩二乙醇，在60℃-66℃回流反应48-72h，得到深褐色的反应产物；在过量的乙酸乙酯中洗涤数次，收集下层粘稠状咪唑阳离子溴盐，干燥得到1-乙烯基-3-(2,2-二乙氧基乙基)咪唑溴盐(DeVIBr)；