咪唑類離子液體接枝speek質子交換膜材料及其製備方法
2023-09-13 09:51:55 1
專利名稱：咪唑類離子液體接枝speek質子交換膜材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種咪唑類離子液體接枝SPEEK質子交換膜材料及其製備方法。
技術背景
離子液體(ionic liquids，簡寫為IL)是在室溫或近於室溫下呈液態的由陰陽離子組成的室溫熔融鹽，具有導電性、難揮發、不燃燒、電化學穩定、電化學穩定窗口比其它電解質水溶液大很多的特點。因此，將離子液體應用於電化學研究時可以減輕放電，作為電解質其使用溫度也遠遠低於熔融鹽。
質子交換膜(PEM)作為目前能源領域研究和開發的熱點直接甲醇燃料電池 (DMFC)的核心部件，主要起分割燃料和傳導質子的作用，其性能的優劣直接決定著燃料電池的發展。
目前應用最廣泛的是以Dupont公司的Nafion膜為代表的全氟磺酸膜，這種膜化學穩定性較好，其質子傳導能力較強，但是其在使用溫度超過80°C時，質子傳導率明顯下降，限制了全氟磺酸膜在燃料電池中的進一步應用，需進一步製備質子傳導率高的質子交換膜。
近年來幾種無氟類聚合物的PEM受到關注，其中磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜在化學穩定性、高溫特性、阻醇性能等方面均較為突出。採用磺化試劑對PEEK進行磺化，將磺酸基團引入到PEEK主鏈上，由於磺酸基親水相與聚合物骨架上苯環、醚鍵等疏水相的存在，使得材料具有一定的質子傳導率，且SPEEK材料相對成本較低、較高的機械強度、耐熱性能及優異的阻醇性能可滿足燃料電池對質子交換膜材料的要求，但是，此種材料的磺化度(DS) 越高電導性能越好，相反其阻醇性能以及溶液穩定性卻隨之降低。因此，在對SPEEK質子交換膜改性的方案設計上，迫切需要對SPEEK磺化度及改性方式進行綜合考慮，開發出一種成本低、電導率高、阻醇性能好的新型質子交換膜。發明內容
本發明的目的之一在於提供一種咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮SPEEK質子交換膜材料。
本發明的目的之二在於提供該質子交換膜材料的製備方法。
為達到上述目的，本發明的反應機理為根據上述機理，本發明採用如下技術方案一種咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮質子交換膜材料，其特徵在於該材料的結構式為
權利要求
1. 一種咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮質子交換膜材料，其特徵在於該材料的結構式為其中m=f6 ；η=Γ6 ；R'為氫或含廣4個碳原子的烷基；R為含廣4個碳原子的烷基； τ 為Cr、Br\ Γ、BFp PF6\ HSO4-或 CH3C0(T。
2.一種製備根據權利要求1所述的咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮質子交換膜材料的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為a.反應物的組成及質量百分比含量磺化度DS為30 90的磺化聚醚醚酮70. 09Γ99. 5%咪唑類離子液體0. 59Γ30. 0% ；b.將磺化度為3(Γ90的磺化聚醚醚酮溶解在制膜溶劑中，配製成質量百分比濃度為 4. 0% 40. 0%的制膜液；c.在步驟b所得的制膜液中加入NaBH^v末，在50Π00 下，在惰性氣氛保護下，攪拌反應10hl4h，其中NaBH4粉末的質量佔磺化聚醚醚酮質量的5. 09Γ15. 0% ；d.在步驟c所得的制膜液中加入咪唑類離子液體，在100Π20 下，在惰性氣氛保護下，攪拌反應10hl4h，其中咪唑類離子液體佔交換膜總質量的0. 59Γ30. 0% ；e.將步驟d所得的反應物冷卻至室溫，抽濾除去不溶物，乾燥，即得到咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮質子交換膜材料。
3.根據權利要求2所述的咪唑類離子液體接枝磺化聚醚醚酮質子交換膜的製備方法， 其特徵在於所用的制膜溶劑為N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺或二甲基亞碸。
全文摘要
本發明涉及一種咪唑類離子液體接枝SPEEK質子交換膜的製備方法。各種反應物組成及比例為磺化度DS為30~90的SPEEK70.0%~99.5%；咪唑類離子液體0.5%~30.0%。本發明有以下優點1.操作簡單，採用中等磺化度的SPEEK作為基體材料，以克服過高磺化度SPEEK存在的吸水率過高，複合膜穩定性較差的缺點，並保證複合膜具有一定的機械強度；2.離子液體本身具有導電性、難揮發、電化學穩定窗口比其它電解質水溶液大等特點，採用咪唑類離子液體接枝的方式，使SPEEK基體與離子液體之間發生化學接枝作用，不僅降低離子液體在SPEEK基體中的流失率，同時也能提高質子交換膜的電導率，以提高複合膜的綜合性能。
文檔編號C08J7/12GK102516531SQ20111043133
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者張經毅, 李丹, 李夏, 譚孝林, 郭強 申請人:上海大學