【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚醚醚酮质子交换膜，尤其涉及一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜、制备方法及应用。
技术介绍
1、随着社会的飞速发展，传统化石能源利用造成的环境污染问题亟待解决，以氢能为能源载体的氢能源经济正引起各方关注。其中燃料电池因其清洁、高效的特点，作为氢能源经济体系的终端利用环节备受瞩目，尤其采用质子交换膜为电解质的质子交换膜燃料电池(pemfc)在小型定置电源、便携式电源及车载电源领域应用前景广阔。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其中磺化聚醚醚酮(speek)聚合物制备工艺成熟，热性能和机械性能稳定，受到了广泛的研究和关注，非氟磺酸膜非常有潜力应用于pemfc。
2、在燃料电池运行过程中，质子传导率对于保持质子交换膜高性能是非常重要的。近年来，许多研究都集中在利用填充改性质子导体策略制备高质子电导率的speek质子交换膜。然而，speek中的过多填料会倾向于聚集，从而降低了speek的质子传导率。为了解决这些问题，需要将质子导体接枝到speek侧链上。m.tripathy等提出，在speek中质子传导基团直接接枝到含有大量苯环的刚性框架上，但是难以建立连续的质子传导通道(m.tripathy,p.b.s.kumar,a.p.deshpande,j.phys.chem.b.121(2017)4873–4884.)。为了克服这一缺点，研究人员提出了将含有质子传导基团的侧链接枝到主链上。朱星烨等用咪唑柔性基团接枝到主链上，但是由于咪唑基团中的-nh-与-so2-形成氢键，会损失一部分水合氢离子(h3o+
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜、制备方法及应用，目的是含有质子导体基团的侧链形成的氢键网络，可以有效解决聚醚醚酮质子交换膜质子传导率低的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜，其结构式为：
3、
4、其中r为：
5、一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)磺化聚醚醚酮的制备
7、将充分干燥的聚醚醚酮粉末加入到质量分数为98％的浓硫酸中，聚醚醚酮与浓硫酸摩尔比为100:52，室温下搅拌使其完全溶解，再升温至60℃进行磺化反应3h，冷却后倒入蒸馏水中沉淀析出，用蒸馏水洗涤至中性，50℃真空干燥24h，得到磺化度52％的磺化聚醚醚酮；
8、(2)含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备
9、将步骤(1)所得的磺化聚醚醚酮粉末溶解到二甲基亚砜溶液中得到磺化聚醚醚酮溶液，再将活化剂溶解到磺化聚醚醚酮溶液中，60℃下搅拌反应3h；再将对氨基苯磺酸加入进行混合，继续在60℃下搅拌反应3h得到铸膜液；将铸膜液倒入模具中，于50℃干燥24h成膜；将所制备的膜在1mol/l的硫酸溶液中酸化处理24h，再水洗至中性，干燥后得到含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜。
10、所述的磺化聚醚醚酮的结构如下：
11、
12、所述的含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜结构如下：
13、
14、所述的步骤(2)所述的活化剂为n,n'-羰基二咪唑。
15、所述的步骤(2)中的活化剂与对氨基苯磺酸的摩尔比为1:1。
16、所述的步骤(2)磺化聚醚醚酮与活化剂的摩尔比为1:1，得到的磺化聚醚醚酮溶液的浓度为5％。
17、一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜在制造质子交换膜燃料电池中的应用。
18、本专利技术的优点效果：本专利技术以聚醚醚酮为基体，简单高效的制备出具有优异的质子传导率的含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜。本专利技术中侧链含有质子导体基团，可以增加质子传输位点，可以有效与h3o+形成更多的氢键网络，保持膜尺寸稳定性的同时促进质子传导，从而解决磺化聚醚醚酮质子传导率低的问题。以本专利技术制备的含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜具有优异的质子传导率，解决了当前质子交换膜燃料电池聚醚醚酮质子交换膜质子传导率低的问题。
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1.一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜，其特征在于，其结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的磺化聚醚醚酮的结构如下：
4.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜结构如下：
5.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)所述的活化剂为N,N'-羰基二咪唑。
6.根据权利要求2或5所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中的活化剂与对氨基苯磺酸的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)磺化聚醚醚酮与活化剂的摩尔比为1:1，得到的磺化聚醚醚酮溶液的浓度为5％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚
...【技术特征摘要】
1.一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜，其特征在于，其结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的磺化聚醚醚酮的结构如下：
4.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法，其特征在于所述的含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜结构如下：
5.根据权利要求2所述的一种含磺酸侧链的聚醚醚酮质子交换膜的制备方法...
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