具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料及其製備與應用的製作方法

2023-05-30 17:03:06

專利名稱：具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料及其製備與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池的質子交換膜材料，具體涉及具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料及其製備與應用。
背景技術：
在全球面臨環境惡化和能源危機的情況下，我國加入了同發達國家在清潔能源研究開發領域的戰略競爭。燃料電池(fuel cell)是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能不斷地轉化成電能的電化學裝置，是繼火力、水力和核能發電後的第四代發電技術，它的最大特點是能量轉換效率高和環境汙染小，是一種高效的綠色能源。因此「燃料電池發電技術」被列入為我國《科技發展「十五」計劃和2015年遠景規劃》。而質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為第五代燃料電池，因其具備一般燃料電池的化學能直接高效轉化成電能優點的同時，還具有可室溫快速啟動，無電解液流失，水易排出，壽命長，比功率與比能量高等突出特點，特別適宜於用作可移動動力源，在電動汽車、電子設備和軍事領域具有巨大的應用前景。質子交換膜是一種選擇透過的功能高分子膜，是質子交換膜燃料電池的核心元件之一，被視為質子交換膜燃料電池的「心臟」。目前，質子交換燃料電池中廣泛採用的是 Dupont公司開發的Nafion系列膜，此外還有DOW公司的DOW膜、Asahi公司的Aciples膜、 Asahi Glass公司的Flemion膜、氯工程公司的C膜、Ballard Adraned材料公司的膜等。
它們的化學結構如下
權利要求
1.具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料，其特徵在於其分子結構中包含長序列親水鏈段和長序列憎水鏈段，所述的分子結構具體結構式如式(1)所示
2.權利要求1所述具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料的製備方法，其特徵在於步驟如下
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所述極性非質子溶劑為N，N-二甲基乙醯胺、環丁碸、二甲基亞碸、N，N-二甲基甲醯胺或者N-甲基吡咯烷酮；帶水劑為甲苯、二甲苯或者氯苯；稀無機酸為稀鹽酸、稀硫酸或稀硝酸。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於所述極性非質子溶劑的用量為雙二氮雜萘酮類雙酚單體與磺化二滷單體總質量或者雙酚芴單體與二滷單體的總質量的2-5倍。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於所述帶水劑與極性非質子溶劑的體積比為廣3:1。
6.權利要求1所述具有微相分離結構的聚芳醚離聚材料的應用，其特徵在於用於製備燃料電池的質子交換膜。
7.根據權利要求6所述的應用，其特徵在於所述製備燃料電池的質子交換膜的方法是將製得的聚芳醚離聚物溶於溶劑後傾倒於平板上，加熱條件下靜置成膜，冷卻至室溫後脫膜；用稀無機酸溶液浸泡脫模後得到的聚合物膜，再用去離子水或蒸餾水洗除去多餘稀酸，即得到質子交換膜。
8.根據權利要求7所述的應用，其特徵在於所述溶劑為N，N-二甲基乙醯胺、環丁碸、二甲基亞碸或者N-甲基吡咯烷酮。
9.根據權利要求7所述的應用，其特徵在於所述平板為玻璃板,靜置成膜的溫度為 80 "C。
10.根據權利要求7所述的應用，其特徵在於所述稀無機酸溶液為2mol/LHCl溶液，浸泡時間為24小時。
全文摘要
本發明公開了一種具有微相分離結構的聚芳醚離聚物材料及其製備與應用。該聚芳醚離聚物材料的分子結構中包含了長序列親水鏈段和長序列憎水鏈段，由雙二氮雜萘酮類雙酚單體、雙酚芴、磺化二滷單體和二滷單體在碳酸鉀的作用下與極性非質子溶劑中通過兩鍋兩步法聚合而成的。這類聚芳醚離聚物材料具有明顯的微相分離結構，實現了親水結構和憎水結構的分離。由其製備的質子交換膜不僅成本低而且具有良好的抗氧化性、水解穩定性、耐醇性、高溫保溼性以及較高的離子交換容量和質子電導率，可作為目前商業的質子交換膜的潛在替代品。
文檔編號H01M2/16GK102516556SQ201110393709
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者李秀華, 林永華, 肖帶麗 申請人:華南理工大學