【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚电解质材料，涉及一种燃料电池部件，尤其涉及一种燃料电池用聚电解质隔膜及其制备方法。
技术介绍
1、聚电解质隔膜燃料电池是一种通过电化学方式直接将化学能转化为电能的清洁发电装置，其具有能量变换效率高、启动速率快、工作噪音低、使用安全环保、无电解质泄漏以及腐蚀低等优点，被认为是未来最有前景的车用动力电源和便携式电源之一。聚电解质隔膜是聚电解质隔膜燃料电池的关键部件之一，其在聚电解质隔膜燃料电池中充当阻隔燃料和传递离子的双重作用，其性能的好坏直接影响聚电解质隔膜燃料电池的工作安定性和循环使用寿命。可见，需求综合性能和性能稳定性优异的燃料电池用聚电解质隔膜显得尤为重要。
2、目前，聚电解质隔膜主要包括质子交换膜和阴离子交换膜，质子交换膜由于成本昂贵、耐高温性能不足等缺陷限制了其商业化进程。阴离子交换膜应用于燃料电池中拥有更快的氧还原反应动力学，可以使用非贵金属催化剂，从而大幅降低成本，且阴离子交换膜由于其上带正电的基团与质子之间的排斥效应能够有效阻止质子的渗透，从根本上阻止膜两侧的电解液相互交叉污染而导致的自放电效应。然而，传统阴离子交换膜多以季铵盐类聚合物制备得到，这类阴离子交换膜在制备过程中，剧毒物质氯甲醚是必不可少的原料之一，使得对人体和环境都有很大的危害，不环保，另外，这类膜耐候性和化学稳定性能较差，在保证机械性能的前提下，离子传导率，特别是耐碱性还有待进一步提高。
3、为了解决上述问题，授权公告号为cn105914384b的中国专利技术专利公开了一种燃料电池用隔膜的制备方法，首先制备聚合
4、可见，开发一种离子电导率高，耐碱性好，机械力学性能足，制备方便，耐老化性能优异，使用寿命长的燃料电池用聚电解质隔膜及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对加快聚电解质隔膜燃料电池领域的商业化应用进程具有非常重要的意义。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种离子电导率高，耐碱性好，机械力学性能足，制备方便，耐老化性能优异，使用寿命长的燃料电池用聚电解质隔膜及其制备方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种燃料电池用聚电解质隔膜，包括由如下单体形成的结构单元：
3、(1)一种或多种含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体；
4、(2)一种或多种含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体；
5、(3)一种或多种含有不饱和烯键的腈单体；
6、(4)一种或多种含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮单体。
7、优选的，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体、含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体、含有不饱和烯键的腈单体、含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮单体的质量比为(25-35):(5-10):(40-50):(1-5)。
8、优选的，所述含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体为n-乙烯基噁唑烷酮。
9、优选的，所述含有不饱和烯键的腈单体为丙烯腈、n-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺中的至少一种。
10、优选的，所述含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮为3-(1,1-二氟-2-丙烯-1-基)-2(1h)-喹喔啉酮。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体的制备方法，包括如下步骤：将双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷加入到有机溶剂中，在30-40℃下搅拌反应6-8h，后旋蒸除去溶剂，得到含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体。
12、优选的，所述双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6-10)。
13、优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷、乙醚中的任意一种。
14、本专利技术的另一个目的，在于提供一种所述燃料电池用聚电解质隔膜的制备方法，包括如下步骤：将含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体、含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体、含有不饱和烯键的腈单体、含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮单体、光引发剂混合均匀，超声分散8-16min，后浇注于聚四氟乙烯板或玻璃板上，再置于氮气氛围下，用波长为220-260nm的紫外光下照射30-45min，揭膜后浸泡在55-65℃下0.8-1.2mol/l的koh溶液中25-45h进行离子交换；接着将膜用去离子水洗至洗脱液呈中性，得到燃料电池用聚电解质隔膜。
15、优选的，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体、光引发剂的质量比为1:(0.04-0.08)。
16、优选的，所述光引发剂为安息香乙醚、安息香双甲醚、安息香异丙醚、安息香丁醚中的一种或几种。
17、相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
18、(1)本专利技术公开的燃料电池用聚电解质隔膜的制备方法，制备工艺简单，操作控制方便，环保性能佳，制备效率和成品合格率高，对设备依赖性小，耗能少，适于连续规模化生产，具有较高的推广应用价值。
19、(2)本专利技术公开的燃料电池用聚电解质隔膜，在膜分子结构中同时引入咪唑酮盐、噁唑烷酮、氰基和含氟喹喔啉酮结构，这些结构在电子效应、位阻效应和共轭效应等多重作用下，使得制成的隔膜离子电导率高，耐碱性好，机械力学性能足，制备方便，耐老化性能优异，使用寿命长。
20、(3)本专利技术公开的燃料电池用聚电解质隔膜，引入的咪唑酮盐能保证膜的离子传导率，且其含有多个不饱和基团，能形成互穿网络结构，有效改善隔膜的机械力学性能、耐老化性能和耐碱性能，咪唑环上引入酮基和环戊烷基，能较好地改善其耐碱性。
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1.一种燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，包括由如下单体形成的结构单元：
2.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体为N-乙烯基噁唑烷酮。
3.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键的腈单体为丙烯腈、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮为3-(1,1-二氟-2-丙烯-1-基)-2(1H)-喹喔啉酮。
5.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体的制备方法，包括如下步骤：将双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷加入到有机溶剂中，在30-40℃下搅拌反应6-8h，后旋蒸除去溶剂，得到含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体。
6.如权利要求5所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6-10)。
8.一种如权利要求1-7任一项所述燃料电池用聚电解质隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体、含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体、含有不饱和烯键的腈单体、含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮单体、光引发剂混合均匀，超声分散8-16min，后浇注于聚四氟乙烯板或玻璃板上，再置于氮气氛围下，用波长为220-260nm的紫外光下照射30-45min，揭膜后浸泡在55-65℃下0.8-1.2mol/L的KOH溶液中25-45h进行离子交换；接着将膜用去离子水洗至洗脱液呈中性，得到燃料电池用聚电解质隔膜。
9.如权利要求8所述燃料电池用聚电解质隔膜的制备方法，其特征在于，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体、光引发剂的质量比为1:(0.04-0.08)。
10.如权利要求8所述燃料电池用聚电解质隔膜的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为安息香乙醚、安息香双甲醚、安息香异丙醚、安息香丁醚中的一种或几种。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，包括由如下单体形成的结构单元：
2.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键的噁唑烷酮单体为n-乙烯基噁唑烷酮。
3.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键的腈单体为丙烯腈、n-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺中的至少一种。
4.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有不饱和烯键和氟的喹喔啉酮为3-(1,1-二氟-2-丙烯-1-基)-2(1h)-喹喔啉酮。
5.如权利要求1所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体的制备方法，包括如下步骤：将双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷加入到有机溶剂中，在30-40℃下搅拌反应6-8h，后旋蒸除去溶剂，得到含有多个不饱和烯键的咪唑酮盐单体。
6.如权利要求5所述的燃料电池用聚电解质隔膜，其特征在于，所述双(1-乙烯基咪唑-2-)酮、氯甲基环戊烷、有机溶剂的摩尔比为1:1:(6-10)...
【专利技术属性】
技术研发人员：诸葛骏，
申请(专利权)人：扬州雄鸡电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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