【技术实现步骤摘要】
此项专利技术的研究领域是高分子化学与功能膜材料，具体表现为一种双阳离子功能化的聚芳基靛红阴离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、阴离子交换膜燃料电池（aemfc）因其清洁无污染，能量转换效率高等优点被认为是最具发展潜力的能量转换装置之一。阴离子交换膜是aemfc的核心部件，它是氧化剂和燃料的隔离屏障，它促进了oh-的传输，其性能的优劣与燃料电池的好坏密切相关。目前研究者表明现有的阴离子交换膜综合性能高逐步提高，但在商业应用还是存在不足。显著表现在离子传导率与尺寸稳定性之间的“trade-off”问题以及实际应用电池性能较低。因此，研究阴离子交换膜的高性价比，高导电性，提高其电池性能成为该领域的重中之重。
2、聚芳基靛红的耐热等级高、力学性能优良，是一类十分重要的高性能聚合材料，与此同时，引入3-溴-1,1,1-三氟丙酮，可以合理运用含氟单体的疏水性，以构造微相分离结构用于搭建oh-离子传输通道，可以大幅度提升其oh-传导能力，这种材料可以应用于aemfc。哌啶环状阳离子是一种半衰期较长的阳离子基团，以自身特殊的几何构象获得了优异的耐碱稳定性。（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵是既含有亲水羟基又含有末端季铵阳离子的单体。因此，将两种结构同时引入疏水主链骨架上以提高oh-传导性能以及耐碱稳定性。将（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵接枝到聚合物基体中可以有效提高膜的亲水性，与疏水骨架形成良好的相分离结构，构建高效的oh-传输通道。实现oh-高传输和实现oh-高电导率的必要条件是增加其oh-跳跃位点数目，因为迁移率与跳跃频
技术实现思路
1、为了克服目前技术上存在的困难，本专利技术旨在提供一种可应用于燃料电池中的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜及其制备方法。本专利技术通过缩聚反应得到性能优异的含氟聚芳基靛红作为聚合物基质，之后继续加入n-甲基哌啶和（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵作为含传输位点的侧链，制备阴离子交换膜。实现oh-高传输和实现oh-高电导率的必要条件是增加其oh-跳跃位点和构建膜内流畅的传输通道，本专利技术重点引入疏水骨架和亲水侧链以构建更明显的相分离结构；引入多种阳离子基团，为oh-提供更多的传输位点，构建了高效的oh-传输通道，降低了能量势垒。
2、本专利技术通过如下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种可应用于燃料电池中的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜，其中，氟酮与靛红的摩尔比为1：0.5-1.5。
4、上述方案中，所述隔膜的厚度为14-25 µm。
5、本专利技术旨在提供一种可应用于燃料电池中的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜及其制备方法，包含以下步骤：
6、步骤一：将适量双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红加入溶剂中，得到铸膜液；
7、步骤二：将步骤一中得到的铸膜液流延法铺膜得到应用于燃料电池上的聚合物隔膜。
8、上述方案中，所述的步骤一中铸膜液的制备方法为：
9、将功能化后的含氟聚芳基靛红加入溶剂中，搅拌至完全溶解，得到分散均匀的溶液。优选的是，所述的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)或二甲基亚砜(dmso)、二氯甲烷(dcm)中的一种。
10、上述方案中，所述的步骤二的具体操作为：
11、将铸膜液流延在5 cm × 5 cm干净的玻璃板上，放入80oc的真空烘箱中干燥24-48小时，将膜置于氢氧化钾溶液中24小时脱膜，然后用去离子水清洗膜表面至清洗液至中性，得到燃料电池用的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜。
12、上述方案中，所述的含氟聚芳基靛红，其制备方法如下：
13、在冰浴条件下，将a mol的对三联苯，b mol的靛红和c mol的3-溴-1,1,1-三氟丙酮加入三口烧瓶中，随后在上述三口烧瓶中加入适量的溶剂和强酸催化剂，然后机械搅拌5-7小时。将粘稠的溶液出料于去离子水中，得到含氟聚芳基靛红，其中，a=b+c。
14、优选的是，所述的溶剂为二氯甲烷，强酸催化剂为三氟乙酸或三氟甲烷磺酸。最优选的是三氟甲烷磺酸。所述的3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红摩尔比为1：0.5-1.5。
15、上述方案中，所述的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红的制备方法如下：
16、双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红制备方法，包含以下步骤：步骤一：将1-2 g的含氟聚芳基靛红置于20-25 ml的nmp溶剂中，磁力搅拌10-30分钟。然后，在溶液中加入一定量的（1.0-1.5 g）n-甲基哌啶，一定温度下搅拌反应24-48小时。将溶液倒入异丙醇，得到白色产物；步骤二：将步骤一中得到的白色产物（0.5-1.0 g）溶于10-15 ml的nmp溶剂中。加入1-3 g的（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵，在一定温度下搅拌反应24-72小时。出料得到白色固体，后在真空烘箱中烘干（60oc，过夜）。得到双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
18、本专利技术首先提供了一种可应用于燃料电池中的双阳离子功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜。其中，所述的3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红摩尔比为1：0.5-1.5。在主链上引入含氟单体有利于提高主链的疏水性，构建良好微相分离结构，进而提高膜的电导率。接枝到聚合物骨架上的n-甲基哌啶，由于其自身的特殊几何构象，提高了阴离子交换膜的耐碱性能。而（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵的接枝与疏水主链形成更加明显的微相分离，提高了阴离子交换膜的尺寸稳定性和离子传导率。实验结果表明，本专利技术的阴离子交换膜在80oc时的oh-传导率为76.7 ms cm-1-133.8 ms cm-1，膜的厚度为14-25 µm。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，这种隔膜主要由含氟聚芳基靛红主链骨架、哌啶阳离子和含羟基的阳离子侧链组成侧链功能化的含氟聚芳基靛红；其中，通过调整加入3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红的摩尔量，制备不同比例的聚合物主链。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，上述的3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红摩尔比为1：0.5-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜中，聚合物骨架为含氟的聚芳基靛红，其制备方法如下：在冰浴条件下，将a mol的对三联苯，b mol的靛红和c mol的3-溴-1,1,1-三氟丙酮加入三口烧瓶中，随后在上述三口烧瓶中加入适量的溶剂和强酸催化剂，然后机械搅拌5-7小时，将粘稠的溶液出料于去离子水中，得到含氟聚芳基靛红聚合物，其中，a=b+c。
4.根据权利要求3所述的含氟聚芳基靛红，所述的溶剂为二氯甲烷，强酸催化剂为三氟乙酸或三氟甲烷磺酸。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，功能化的含氟聚芳基靛红制备方法，包含以下步骤：步骤一
6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，包含以下步骤：步骤一：将适量功能化后的含氟聚芳基靛红加入溶剂中，得到铸膜液；步骤二：将步骤一中得到的铸膜液流延法铺膜得到应用于燃料电池上的聚合物隔膜。
7.根据权利要求6所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，步骤一中所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)、二氯甲烷(DCM)中的一种。
8.根据权利要求6所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，其特征在于，上述的步骤一中功能化后的含氟聚芳基靛红铸膜液的制备方法为：在室温下，将功能化后的含氟聚芳基靛红加入溶剂中，搅拌24-48小时，得到分散均匀的功能化后的含氟聚芳基靛红溶液。
9.根据权利要求6所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，其特征在于，上述的步骤二流延法铺膜的具体操作步骤为：将铸膜液流延到5 cm × 5 cm干净的玻璃板上，放入80 oC烘箱里干燥48小时，自然冷却至室温后出于1 mol L-1的氢氧化钾溶液中脱膜，浸泡24小时，之后用去离子水清洗膜表面，直至清洗液呈中性，即得到应用于燃料电池的含羟基侧链阳离子和哌啶协同功能化的含氟聚芳基靛红阴离子交换膜。
...【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，这种隔膜主要由含氟聚芳基靛红主链骨架、哌啶阳离子和含羟基的阳离子侧链组成侧链功能化的含氟聚芳基靛红；其中，通过调整加入3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红的摩尔量，制备不同比例的聚合物主链。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，上述的3-溴-1,1,1-三氟丙酮和靛红摩尔比为1：0.5-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜中，聚合物骨架为含氟的聚芳基靛红，其制备方法如下：在冰浴条件下，将a mol的对三联苯，b mol的靛红和c mol的3-溴-1,1,1-三氟丙酮加入三口烧瓶中，随后在上述三口烧瓶中加入适量的溶剂和强酸催化剂，然后机械搅拌5-7小时，将粘稠的溶液出料于去离子水中，得到含氟聚芳基靛红聚合物，其中，a=b+c。
4.根据权利要求3所述的含氟聚芳基靛红，所述的溶剂为二氯甲烷，强酸催化剂为三氟乙酸或三氟甲烷磺酸。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的聚合物隔膜的制备方法，功能化的含氟聚芳基靛红制备方法，包含以下步骤：步骤一：将1-2 g的含氟聚芳基靛红置于20-25 ml的nmp溶剂中，磁力搅拌10-30分钟，然后，在溶液中加入一定量的（1.0-1.5 g）n-甲基哌啶，一定温度下搅拌反应24-48小时，将溶液倒入异丙醇，得到白色产物；步骤二：将步骤一中得到的白色产物（0.5-1.0 g）溶于10-15 ml的nmp溶剂中，加入1-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，谷一曼，张艳超，李展玉，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。