[发明专利]一种碱性燃料电池交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种碱性燃料电池交换膜的制备方法，其方法包括以下步骤：使用聚苯醚(PPO)合成溴化聚(2,6‑二甲基‑1,4‑苯醚)(BPPO)；用1,6‑二溴己烷、2‑甲基‑4‑乙基咪唑合成咪唑鎓离子液体；然后将BPPO和咪唑鎓离子液体发生混合发生反应制得前体溶胶；再使其在带槽玻璃板上胶凝化，得到双咪唑基交联型阴离子交换膜。本发明制备的双咪唑基交联型阴离子交换膜具有高导电率、高稳定性等优点，在80℃条件下其电导率达到115mS/cm。

技术领域

本发明属于交换膜领域，具体涉及一种碱性燃料电池交换膜的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，以质子交换膜为电解质的能量转换装置。其中质子交换膜燃料电池是由催化剂、电极、质子交换膜、电解质和双极板等部件组成。质子交换膜燃料电池虽然具备高效、环境友好、功率密度高、启动迅速等特点，但是存在一些不足之处，例如：对水的依懒性大、膜电极的成本高、甲醇渗透率高等缺点。随着研究的不断推进，碱性燃料电池开始产生，这是一种以氢气为燃料，氢氧化钾或强氧化钠溶液为电解质的能源转换装置，由于其电极上的氧化还原反应更易发生，可不采用贵金属作为电极。

作为其核心部件的阴离子交换膜需要具有以下性能：具有好的为相分离结构，制备路线绿色环保无毒；膜材料能够溶解在非燃料低毒低沸点有机溶剂中，以用作催化层离聚物。与质子交换膜燃料电池及碱性染料电池相比有一些特点：(1)碱性环境下氧化还原反应的电化学动力学速度高，因此可采用非贵金属钴、镍等作为电极催化剂，从而降低了燃料电池的成本；(2)其中的OH^-离子有阴极经AEMs传导到燃料电池所在的阳极，与水在膜内传导方向相同，有助于水管理并能有效减少由离子拖拽造成的甲醇等燃料透过膜；(3)由于电解质有AFCs中的液态KOH溶液转变为固态AEMs，有效解决了CO₂与体系中OH^-离子反应使其浓度下降导致的电池性能损失，以及碱性液体电解质造成的电池腐蚀等问题。但是对于阴离子交换膜也存在着一些缺陷，例如提高交换膜导电率同时，还要保证膜的碱稳定性，所以制备出高导电率、高稳定性的阴离子交换膜具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种碱性燃料电池交换膜的制备方法，其具体制备方法包括以下步骤：

S1：将聚苯醚(PPO)放置在100℃的烘箱中进行干燥10～30min，然后从烘箱中取出，晾至室温。

S2：将步骤S1干燥好的聚苯醚放置到三口圆底烧瓶中，加入氯苯、磁子，其中PPO与氯苯的摩尔比为1：1.2～2，为防止爆沸，加入沸石，打开磁力搅拌器开关，在40～50℃下，使磁子搅拌PPO充分溶解。

S3：用氯苯稀释液溴得到溶液，然后加入到滴液漏斗当中，将滴液漏斗放置到步骤S2的三口圆底烧瓶上中，缓慢加入到溶解均匀的聚苯醚溶液中进行溴化反应，其中在整个反应过程中持续通入氮气，先在室温下反应0.5～2h，然后加热至沸腾反应0.5～1h，得到溴化聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(BPPO)。

S4：将步骤S3得到的BPPO用甲醇和去离子水洗涤2～5次，然后在100℃下干燥8h，得到干燥产物BPPO。

S5：将1,6-二溴己烷、2-甲基-4-乙基咪唑按照摩尔比例1：1.5～3和磁子加入单口圆底烧瓶，然后加入四氢呋喃(THF)，在50～60℃条件下反应，并用薄层色谱(TCL)跟踪实验进程，在原料2-甲基-4-乙基咪唑点消失时停止反应，然后旋转蒸发去除溶剂，再用硅胶柱层析分离，其中洗脱剂为体积比为2:1的二氯甲烷和甲醇混合液，得到咪唑鎓离子液体。

S6：将步骤S4中得到的BPPO和步骤S5得到的咪唑鎓离子液体按照摩尔比例1：0.5～2和磁子加入到单口圆底烧瓶中，然后加入BPPO质量的0.6～1.5％的十二碳醇酯，打开磁力搅拌器，在室温下反应12h，得到前体溶胶。