一種鹼性陰離子膜及其製備方法
2023-10-05 01:52:19 1
專利名稱：一種鹼性陰離子膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鹼性陰離子交換膜，具體地說是一種鹼性陰離子膜及其製備方法。
背景技術：
鹼性陰離子交換膜(AAEM)是鹼性陰離子燃料電池的關鍵材料。鹼性陰離子燃料 電池是一類越來越受到重視的燃料電池。在鹼性陰離子膜燃料電池體系中，不但可以使用 非鉬催化劑如鎳(Ni)、鈷(Co)等，大大降低燃料電池成本。而且可以避免CO2中毒問題。目前，陰離子交換膜製備主要分為兩種一、輻射接枝氟類高分子聚合物如 PVDF, ETFE, PTFE等。John R. Varcoe等利用電子束照射ETFE接枝氯甲基苯乙烯，接著進 行季胺化製備陰離子膜，電導率可以達到0. 03mScm ^但是這種方法的缺點是輻射接枝不 但會破壞高分子聚合物的主鏈結構使穩定性變差，而且接枝反應僅會發生在聚合物膜的表 面，接枝率較低。二、化學接枝非氟高分子聚合物如聚芳醚碸(PSF)、聚苯醚(PPO)等。莊 林等利用聚芳醚碸(PSF)氯甲基化反應後，季胺化製備了一系列陰離子膜。這種方法的缺 點是非氟高分子聚合物在高溫或者鹼性條件下，往往容易穩定性差，變脆。
發明內容
本發明針對上述問題，提出一種新型的燃料電池用陰離子交換膜及其製備方法， 本方法製備的膜具有較好的熱穩定性、耐鹼性和較好的電池性能。膜結構優點機械強度高，韌性好，較好的熱穩定性，較好的電池性能。製備方法優點含氟高分子聚合物的ATRP接枝方法相對於輻射接枝，條件溫和，不破壞聚合物的 主鏈結構，引入導電基團多。一種鹼性陰離子膜，膜材料結構式如下所示
權利要求
1. 一種鹼性陰離子膜，膜材料結構式如下所示，
2.—種權利要求1所述鹼性陰離子膜的製備方法，其特徵在於包括聚合物的ATRP接 枝改性、氯甲基化、成膜、季胺化、鹼化的步驟；1)聚合物的ATRP接枝改性將1重量份的含有C-H、C-Cl、C-Br中一種或多種結構的 含氟高分子聚合物，0. 01-0. 1重量份的CuX，X = Cl.Br,0. 05-0. 5重量份的4，4-二聯吡啶 或者0.01-0. 1重量份的五甲基二乙烯三胺(PMDETA)置於反應器中，抽真空、充氮氣，反覆 3-5 次；加入溶劑溶解上述物質後，加入0. 1-10重量份的苯乙烯，在80°C -160°c下反應12-96 小時，停止反應；將上述溶液倒入低級醇中，得到棕色沉澱；沉澱用甲苯衝洗後，真空乾燥， 即得到聚合物的接枝產物；2)聚合物接枝產物的氯甲基化將1重量份的聚合物接枝產物置於反應器中，抽真 空、充氮氣反覆3-5次，加入溶劑溶解後，加入0. 001-0. 1重量份的四氯化錫(SnCl4)，加入 0. 1-10重量份的氯甲基乙基醚，20°c-70°c反應1-10小時；將上述溶液倒入低級醇中，得到 灰棕色沉澱，並用低級醇衝洗後，真空乾燥，即得到聚合物接枝產物的氯甲基化產物；3)成膜將氯甲基化得到的產物溶於溶劑中塗鑄成膜，乾燥；4)季胺化將製備的膜材料浸入三甲胺水溶液中12-96小時；5)鹼化將上述膜從三甲胺水溶液中取出，去離子水衝洗乾淨後，浸入氫氧化鈉水溶 液中12-48小時。
3.按照權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述含有C-H、C-Cl、C-Br中一種 或多種結構的含氟高分子聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物 (P (VDF-CTFE))或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P (VDF-HFP))。
4.按照權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述低級醇為甲醇、乙醇、丙醇、丙二 醇中的一種或多種；所述溶劑為N，N- 二甲基甲醯胺(DMF)、N, N- 二乙基乙醯胺(DMAC)、二 甲基亞碸(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；溶劑於含氟高分子聚合物為5-50ml/g。
5.按照權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述接枝改性過程中真空乾燥的溫度為40-140°C，時間6小時以上；所述氯甲基化過程中真空乾燥的溫度為40-140°C，時間6小時以上；所述成膜的乾燥過程中，首先於40°C -100°C下常壓乾燥，時間3-M小時，然後於 20-50°C下真空乾燥，時間3小時以上；季胺化過程的溫度為20°C -60°C。
6.按照權利要求2所述的製備方法，其特徵在於三甲胺水溶液的體積濃度10-40% ； 氫氧化鈉水溶液濃度0. 1-0. 8M。
全文摘要
本發明涉及鹼性陰離子交換膜，具體地說是一種鹼性陰離子膜及其製備方法，膜材料結構式如下所示，其中m＝1-1000，n＝1-10000，h＝1000-20000。本發明製備的膜具有較好的熱穩定性、耐鹼性和較好的電池性能。
文檔編號H01M8/10GK102101021SQ200910248538
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者張鳳祥, 張華民, 曲超 申請人:中國科學院大連化學物理研究所