【技术实现步骤摘要】
一种基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子膜的制备方法
本专利技术属于新材料及膜
,涉及一种基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子膜的制备方法。
技术介绍
阴离子交换膜燃料电池(AEMFC),具有燃料氧化速率快,液体醇燃料渗透率低,可使用非贵金属催化剂等优点,越来越受到人们的重视。作为AEMFC的核心组件之一,阴离子交换膜(AEM)的性能将会直接影响到燃料电池的工作效率和使用寿命。在传统的AEM的制备过程中,氯甲基化步骤往往需要使用具有剧毒致癌性的试剂,且氯甲基化和铵化试剂可能会对膜造成损伤或者出现铵化不均匀的现象。除此之外,传统的聚合物AEM的热和化学稳定性较低,在较高温度或碱性条件下聚合物中的季铵基团很容易发生降解,导致离子交换容量和电导率下降,影响燃料电池的使用寿命。除了热和化学稳定性的要求,聚合物阴离子膜的机械性能(包括抗拉强度和柔韧性)也是应用的关键指标。
技术实现思路
针对以上存在的技术问题,本专利技术基于聚(乙烯基苄基氯)(PVBC)和甲基吡咯烷(MPy)化合物之间的亲核取代反应,将甲基吡咯烷基团引入到PVBC骨架中,同时以聚芳醚酮(PEK-cardo)为聚合物增强组分,采用聚合物复合的方法,制备得到同时具有电导率高、高耐碱稳定性和良好机械性能的膜材料成本低,电导率高,所制备聚合物电解质膜为透明、均一致密的膜材料。本专利技术的技术方案为:一种基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子膜的制备方法,包括以下几个步骤:(1)在30~60℃条件下,将PVBC、MPy和PEK-cardo分别加入到极性有机溶剂中,搅拌溶解,得到透明的质量分数为1~3%的PVBC、M ...
【技术保护点】
1.一种甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在30~60℃条件下,将PVBC、MPy和PEK‑cardo分别加入到极性有机溶剂,搅拌溶解,得到透明的质分数为1~3%的PVBC、MPy和PEK‑cardo溶液;(2)将PVBC溶液和MPy溶液以摩尔比1:1混合,磁力搅拌30min,进而向混合溶液中加入增强聚合物PEK‑cardo溶液,继续搅拌得到透明均一的铸膜溶液,其中PEK‑cardo占PEK‑cardo与PVBC之和的质量比为0.15~0.50:1;(3)采用溶液浇铸法制备复合膜材料,其中成膜过程为60‑100℃温度下挥发溶剂,成膜时间为12~48小时;(4)将上述复合膜材料于室温下完全浸泡在1mol/L KOH溶液中的进行碱交换,浸泡24~72小时后,用去离子水将膜表面的KOH除去,得到氢氧型的基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子交换膜。
【技术特征摘要】
1.一种甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在30~60℃条件下,将PVBC、MPy和PEK-cardo分别加入到极性有机溶剂,搅拌溶解,得到透明的质分数为1~3%的PVBC、MPy和PEK-cardo溶液;(2)将PVBC溶液和MPy溶液以摩尔比1:1混合,磁力搅拌30min,进而向混合溶液中加入增强聚合物PEK-cardo溶液,继续搅拌得到透明均一的铸膜溶液,其中PEK-cardo占PEK-cardo与PVBC之和的质量比为0.15~0.50:1;(3)采用溶液浇铸法制备复合膜材料,其中成膜过程为60-100℃温度下挥发溶剂,成膜时间为12~48小时;(4)将上述复合膜材料于室温下完全浸泡在1mol/LKOH溶液中的进行碱交换,浸泡24~72小时后,用去离子水将膜表面的KOH除去,得到氢氧型的基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子交换膜。2.如权利要求1所述的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,所述的极性有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺,N,N-二甲基甲酰胺,二甲基亚砜,N-甲基吡咯烷酮中的一种。3.如权利要求1或2所述的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,所述的增强材料PEK-cardo的化学结构为:4.如权利要求3所述的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,(1)称取0.15gPVBC,于30℃搅拌条件下溶解在15gN,N-二甲基乙酰胺溶液中,得到聚合物质量分数为1%的透明聚合物溶液;(2)以摩尔比为PVBC:MPy=1:1的比例关系,向上述PVBC溶液中加入MPy溶液,以质量比PEK-cardo:(PVBC+PEK-cardo)=0.15:1的比例关系向上述混合溶液中再加入增强聚合物PEK-cardo,继续搅拌,得到透明均一的铸膜溶液;(3)采用溶液浇铸法制备复合膜材料,其中成膜过程的是在80℃温度下挥发溶剂,成膜时间为12小时;(4)将上述复合膜于室温下完全浸泡在1mol/LKOH溶液中进行碱交换,室温下浸泡48小时后,用去离子水将膜表面的KOH除去,得到氢氧型的基于甲基吡咯烷阳离子的聚合物阴离子交换膜。5.如权利要求3所述的聚合物阴离子膜的制备方法,其特征在于,(1)称取0.15gPVBC,于40℃搅拌条件下溶解在15gN,N-二甲基甲酰胺溶液中,得到聚合物质量分数为1%的透明聚合物溶...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨景帅,李欢欢,任小蕊,董建豪,车雪夫,
申请(专利权)人:东北大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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