【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚合物，尤其涉及一种聚合物及其制备方法和应用，属于燃料电池。
技术介绍
1、随着科学技术的发展以及人类向碳中和之路迈进步伐的加快，电化学能量存储和转换技术如燃料电池、电解水、储能技术被认为是减少化石能源的依赖和提供清洁能源的最有希望的解决方案之一。其中基于质子交换膜(pem,proton exchange membrane)的质子交换膜燃料电池、电解水、储能电池技术目前已成为世界各国的研究热点。
2、质子交换膜在器件中其起到传递质子、并隔绝阴阳极反应物的作用。质子传导率是pem的关键性能之一，其反映了参加阴阳极反应的质子传输速率。膜内的质子依赖水分子通过运载机理进行传导，因此pem需要在较好的水合状态下才能进行更好的传导质子。理想的pem需要具有高质子传导率、机械稳定性、保湿性以及出色的加工性能。
3、现阶段，为了提高pem的性能，国内外研究团队已经开展了大量研究。但是，改善的性能过于单一，无法同时兼顾pem的上述各种性能需求。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种聚合物，该聚合物具有较为优异的阳离子传导能力、机械强度以及加工可控性，因此有利于改善阳离子交换膜的使用性能。
2、本专利技术还提供一种上述聚合物的制备方法，通过选择合适的主链单元以及修饰基团，能够得到具有改善阳离子交换膜使用性能的聚合物。
3、本专利技术还提供一种阳离子交换膜，包括上述聚合物，该阳离子交换膜不仅在离子传导性以及机械强度方面具有优异的表现，且
4、本专利技术还提供一种燃料电池，包括上述阳离子交换膜，因此在发电效率方面具有优异表现。
5、本专利技术还提供一种电解水装置，包括上述阳离子交换膜，因此电解效率的改善程度显著。
6、本专利技术提供一种聚合物，所述聚合物具有式1所示的结构，
7、
8、式1中，m来自于酮类单体，ar来自于芳环共轭单体；x+为一价阳离子；
9、x1、y1以及z1分别为各个嵌段的摩尔占比，且0＜x1≤1，0≤z1＜1，0≤y1＜1，x1+y1+z1＝1；
10、n为1～6的整数，m1为0～6的整数，m2为1～8的整数。
11、如上所述的聚合物，其中，x+为h+。
12、如上所述的聚合物，其中，所述酮类单体选自下述至少一种化合物，
13、
14、其中，p1和p2各自独立地为0～10的整数，k为1～6的整数，q为0～5的整数，r1～r5各自独立地选自氢、氟、甲基。
15、如上所述的聚合物，其中，所述芳环共轭单体选自下述至少一种化合物，
16、
17、其中，m为0～3的整数，j为1～6的整数，r6-r17各自独立地选自氢、取代或未取代的c1-c18烷基、取代或未取代的c2-c18烯基、取代或未取代的c2-c18炔基，r18选自c1-c18烷基、c2-c18烯基、c2-c18炔基，r19-r20各自独立地选自氢、氟、甲基。
18、如上所述的聚合物，其中，所述聚合物通过包括以下过程的方法制备得到：
19、在缚酸剂的存在下，使含有聚合物前驱体、亲水单元和磺酸盐的原料体系发生反应，得到所述聚合物；
20、所述聚合物前驱体具有式1a的结构，所述亲水单元具有式1b的结构，
21、
22、式1a中，x以及y分别为各个嵌段的摩尔占比，且0＜x≤1，x+y＝1；r0选自氢或叔丁氧羰基；m1为0～6的整数，m2为1～8的整数。
23、本专利技术提供一种上述任一项所述的聚合物的制备方法，包括以下步骤：
24、在缚酸剂的存在下，使含有聚合物前驱体、亲水单元和磺酸盐的原料体系发生反应，得到所述聚合物；
25、所述聚合物前驱体具有式1a的结构，所述亲水单元具有式1b的结构，
26、
27、式1a中，x以及y分别为各个嵌段的摩尔占比，且0＜x≤1，x+y＝1；r0选自氢或叔丁氧羰基；m1为0～6的整数，m2为1～8的整数。
28、如上所述的制备方法，其中，所述聚合物前驱体通过包括以下过程的方法制备得到：
29、在催化剂的存在下，使含有酮类单体、芳环共轭单体和咔唑类单体的混合液体系发生反应，得到所述聚合物前驱体；
30、所述催化剂选自三氟乙酸、三氟甲磺酸、甲磺酸中的至少一种。
31、本专利技术还提供一种阳离子交换膜，所述阳离子交换膜包括上述任一项所述的聚合物。
32、本专利技术还提供一种燃料电池，包括所述的阳离子交换膜。
33、本专利技术还提供一种电解水装置，包括如上所述的阳离子交换膜。
34、本专利技术聚合物的支链中的磺酸基团的存在不仅对聚合物的吸湿性以及保湿性具有一定程度的促进作用，而且其是以盐的形式键结在支链上，因此磺酸基团在聚合物中的含量可控，进而能够实现聚合物吸湿性和保湿性的可控，切实满足应用需求；此外，主链中包括咔唑基团且不含有包括醚基、羰基以及砜基等在内的易受攻击基团，因此该聚合物的稳定性高，故而具有优异的化学稳定性和机械强度。因此，本专利技术的聚合物在离子传导率和机械强度方面具有优异表现，尤其能够根据应用需求做出精确的调整，最终实现离子传导率的可控。
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1.一种聚合物，其特征在于，所述聚合物具有式1所示的结构，
2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于，X+为H+。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述酮类单体选自下述至少一种化合物，
4.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述芳环共轭单体选自下述至少一种化合物，
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物通过包括以下过程的方法制备得到：
6.一种权利要求1-5任一项所述的聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物前驱体通过包括以下过程的方法制备得到：
8.一种阳离子交换膜，其特征在于，所述阳离子交换膜包括权利要求1-5任一项所述的聚合物。
9.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求8所述的阳离子交换膜。
10.一种电解水装置，其特征在于，包括权利要求8所述的阳离子交换膜。
【技术特征摘要】
1.一种聚合物，其特征在于，所述聚合物具有式1所示的结构，
2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于，x+为h+。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述酮类单体选自下述至少一种化合物，
4.根据权利要求1或2所述的聚合物，其特征在于，所述芳环共轭单体选自下述至少一种化合物，
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚合物，其特征在于，所述聚合物通过包括以下过程的方法制备得到：
【专利技术属性】
技术研发人员：龙川，余颖龙，王延飞，邵晨熠，王晶晶，贺业亨，赵秦峰，李庆勋，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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