[发明专利]一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜及其制备方法，包括环氧取代六亚甲基四胺盐的制备、基膜的制备、离子交换等步骤。本发明公开的一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜比现有技术中公开的阴离子交换膜机械性能、耐碱性和化学稳定性更优异，导电率更高，且在电池安装过程中易安装，与催化剂及电极板的粘结性能好，从而保证了电池性能的稳定性、延长了其使用寿命。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种燃料电池部件，具体涉及一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着全球工业化进程的加快，环境问题和能源问题仍然是制约着经济发展和社会进步的主要因素，寻求清洁能源装置是解决这一问题的有效途径，阴离子交换膜燃料电池因其能高效率地将化学能转化为电能，且功率密度高、启动快、无污染，成为目前最为瞩目的新一代清洁能源装置。

阴离子交换膜燃料电池主要由电极、阴离子交换膜和外部电路等三部分构成的，其中，阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的“心脏”部件，其性能的好坏直接影响燃料电池的工作性能和使用寿命。

现有技术中的阴离子交换膜或多或少存在热和化学稳定性较低、电导率不高，在较高温度或碱性条件下聚合物中的阳离子基团很容易发生降解，机械性能较差、溶胀度较高、安装不方便，易出现脱落从而影响电池性能的问题，这些问题的存在阻碍了阴离子交换膜的商业化应用。

因此，开发一种机械性能、耐碱性能和化学稳定性优异，导电率高的阴离子交换膜势在必行。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，价格低廉，通过这种制备方法制备得到的阴离子交换膜比现有技术中公开的阴离子交换膜机械性能、耐碱性和化学稳定性更优异，导电率更高，且在电池安装过程中易安装，与催化剂及电极板的粘结性能好，从而保证了电池性能的稳定性、延长了其使用寿命。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

1)环氧取代六亚甲基四胺盐的制备：将六亚甲基四胺、环氧氯丙烷溶于有机溶剂中，在40-60℃下回流反应6-8小时后，在50-60℃下旋蒸除去溶剂，再用混合溶剂洗涤3-5次后，再在50-60℃下旋蒸除去溶剂；

2)基膜的制备：将经过步骤1)制备得到的环氧取代六亚甲基四胺盐、聚氨酯溶于高沸点溶剂中，在70-80℃下搅拌反应6-8小时后，在丙酮中沉出，过滤，并依次用水和乙醇分别洗涤3-5次后，置于60-80℃下的真空干燥箱中烘12-18小时；

3)离子交换：将经过步骤2)制备得到的聚合物膜即基膜，浸泡在50-60℃下的质量分数为5-10％的氢氧化钠溶液中60-72小时后，取出再浸泡在去离子水中5-10小时，取出，在60-80℃的真空干燥箱中干燥12-18小时。

其中，步骤1)中所述六亚甲基四胺、环氧氯丙烷、有机溶剂的质量比为1:(2.7-3):(9-15)；

所述溶剂选自乙醇、氯仿、四氯化碳中的一种或几种；

所述混合溶剂为乙醇和乙醚按质量比为(3-5):7混合形成的混合物；

步骤2)中所述环氧取代六亚甲基四胺盐、聚氨酯溶于高沸点溶剂的质量比为(3-4):10:(30-40)；

所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；

一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜，采用所述一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜的制备方法制备得到；

一种阴离子交换膜燃料电池，采用所述一种基于六亚甲基四胺盐阴离子交换膜作为聚合物电解质膜。