聚苯并噁嗪-基化合物、包含它的电解质膜以及采用该电解质膜的燃料电池制造技术

提供聚苯并噁嗪－基化合物的交联体，其由第一单官能团苯并噁嗪－基单体或第二多官能团苯并噁嗪－基单体与可交联的化合物的聚合产物构成；包含交联体的电解质膜；制备电解质膜的方法；及采用包含交联体的电解质膜的燃料电池。聚苯并噁嗪－基化合物的交联体因苯并噁嗪－基化合物而具有强酸捕获能力，并且因为交联而具有高的机械性能。此外，还消除了交联体在多聚磷酸中的溶解性，因而交联体在化学上是非常稳定的。包含交联体的电解质膜具有优异的高温下磷酸补充能力以及机械和化学稳定性。具体地，即使在增加诸如磷酸等质子载体的浸渍量以提高质子导电性时，电解质膜仍具有优异的机械和化学稳定性。因此，该电解质膜可用于高温和非增湿的燃料电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚苯并噁嗪-基化合物，包含它的电解质膜，及采用该电解质膜的燃料电池，更具体地，本专利技术涉及新的聚苯并噁嗪-基化合物，用于高温和非增湿的燃料电池的电解质膜，及采用该电解质膜的燃料电池。
技术介绍
在常规离子导体中，离子通过施加电压而移动。离子导体广泛用于电化学装置如燃料电池、电化学传感器等中。 例如，在发电效率、系统效率和部件耐久性方面，燃料电池需要这样的质子导体，该质子导体在工作温度为100～300℃以及相对湿度低于50％的零湿度或低湿度条件具有长期稳定的质子导电性。 在常规固体聚合物型燃料电池的开发中已经考虑了上述要求。然而，包括全氟磺酸膜作为电解质膜的固体聚合物型燃料电池，在工作温度为100～300℃以及相对湿度为50％或更低的条件下仍不能充分地发电。 常规燃料电池包括采用含有质子导电剂的电解质膜的燃料电池，采用二氧化硅扩散膜的燃料电池，采用无机-有机复合膜的燃料电池，采用磷酸掺杂的接枝膜的燃料电池，及采用离子性液体复合膜的燃料电池。 另外，US 5525436中已经公开了由其中掺杂了诸如磷酸等强酸的聚苯并咪唑(PBI)形成的固体聚合物电解质膜。在这种电解质膜中，离子导电性通过磷酸掺杂而增加，但是磷酸掺杂导致电解质膜的机械性能恶化。特别地，掺杂有诸如磷酸等强酸的PBI缺乏在高温下的机械强度和化学稳定性，并且磷酸的液体补充能力下降。
技术实现思路
本专利技术提供聚苯并噁嗪-基化合物，其具有优异的酸捕获能力、机械和化学稳定性以及高温下的磷酸补充能力；包含它的电解质膜；及制备该电解质膜的方法。 本专利技术还提供燃料电池，该燃料电池通过采用上述电解质膜而具有优异的燃料效率和发电效率。 根据本专利技术的一个方面，提供聚苯并噁嗪-基化合物的交联体，其是由下面式1所示的第一苯并噁嗪-基单体或下面式2所示的第二苯并噁嗪-基单体与可交联的化合物的聚合产物构成的 式中 R1为氢，取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C4-C20环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，卤原子，羟基，或者氰基；及R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基； 式中 R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基；及R3为取代或未取代的C1-C20亚烷基，取代或未取代的C1-C20亚链烯基，取代或未取代的C1-C20亚炔基，取代或未取代的C6-C20亚芳基，取代或未取代的C2-C20亚杂芳基，-C(＝O)-，或者-SO2-。 根据本专利技术的另一方面，提供聚苯并噁嗪-基化合物的交联体，其是由下面式1所示的第一苯并噁嗪-基单体或下面式2所示的第二苯并噁嗪-基单体的聚合产物构成的 式中 R1为氢，取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C4-C20环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，卤原子，羟基，或者氰基；及R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基； 式中 R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基；及R3为取代或未取代的C1-C20亚烷基，取代或未取代的C1-C20亚链烯基，取代或未取代的C1-C20亚炔基，取代或未取代的C6-C20亚芳基，取代或未取代的C2-C20亚杂芳基，-C(＝O)-，或者-SO2-。 根据本专利技术的另一方面，提供包含上述苯并噁嗪-基化合物的交联体的电解质膜。 根据本专利技术的另一方面，提供制备包含聚苯并噁嗪-基化合物的交联体的电解质膜的方法，该交联体是由下面式1所示的第一苯并噁嗪-基单体或下面式2所示的第二苯并噁嗪-基单体与可交联的化合物的聚合产物构成的，该方法包括混合式1的第一苯并噁嗪-基单体或式2的第二苯并噁嗪-基单体与可交联的化合物；及固化所得的混合物，然后将所得产物浸渍在质子导体中 式中 R1为氢，取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C4-C20环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，卤原子，羟基，或者氰基；及R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基； 式中 R2为取代或未取代的C1-C20烷基，取代或未取代的C1-C20链烯基，取代或未取代的C1-C20炔基，取代或未取代的C6-C20芳基，取代或未取代的C7-C20芳基烷基，取代或未取代的C2-C20杂芳基，取代或未取代的C2-C20杂芳基烷基，取代或未取代的C4-C20碳环基，取代或未取代的C4-C20碳环烷基，取代或未取代的C2-C20杂环基，或者取代或未取代的C2-C20杂环烷基；及R3为取代或未取代的C1-C20亚烷基，取代或未取代的C1-C20亚链烯基，取代或未取代的C1-C20亚炔基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯并噁嗪－基化合物的交联体，其是由下面式１所示的第一苯并噁嗪－基单体或下面式２所示的第二苯并噁嗪－基单体与可交联的化合物的聚合产物构成的：　＊＊＊　…（１）　式中Ｒ↓［１］为氢，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］烷基 ，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］链烯基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］炔基，取代或未取代的Ｃ↓［６］－Ｃ↓［２０］芳基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂芳基，取代或未取代的Ｃ↓［４］－Ｃ↓［２０］环烷基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂环基，卤原子，羟基，或者氰基；及　Ｒ↓［２］为取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］烷基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］链烯基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］炔基，取代或未取代的Ｃ↓［６］－ Ｃ↓［２０］芳基，取代或未取代的Ｃ↓［７］－Ｃ↓［２０］芳基烷基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂芳基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂芳基烷基，取代或未取代的Ｃ↓［４］－Ｃ↓［２０］碳环基，取代或未取代的Ｃ↓［４］－Ｃ↓［２０］碳环烷基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂环基，或者取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂环烷基；　＊＊＊　…（２）　式中Ｒ↓［２］为取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］烷基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［ ２０］链烯基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］炔基，取代或未取代的Ｃ↓［６］－Ｃ↓［２０］芳基，取代或未取代的Ｃ↓［７］－Ｃ↓［２０］芳基烷基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂芳基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂芳基烷基，取代或未取代的Ｃ↓［４］－Ｃ↓［２０］碳环基，取代或未取代的Ｃ↓［４］－Ｃ↓［２０］碳环烷基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂环基，或者取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］杂环烷基；及　Ｒ↓［３］为取代或未取代的Ｃ↓［ １］－Ｃ↓［２０］亚烷基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］亚链烯基，取代或未取代的Ｃ↓［１］－Ｃ↓［２０］亚炔基，取代或未取代的Ｃ↓［６］－Ｃ↓［２０］亚芳基，取代或未取代的Ｃ↓［２］－Ｃ↓［２０］亚杂芳基，－Ｃ（＝Ｏ）－，或者－ＳＯ↓［２］－。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔成宇，宣熙英，李明镇，全佑成，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]