[发明专利]一种梳状结构碱性阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种梳状结构碱性阴离子交换膜及其制备方法，属于燃料电池技术领域，其步骤如下：(1)氯甲基化聚合物的制备；(2)梳状结构氢化苯乙烯苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物溶液的制备；(3)碱性阴离子交换膜的制备：将步骤(2)所得梳状结构氢化苯乙烯苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物溶液直接进行流延成膜，将所得膜烘干后，置于氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸泡，得氢氧型碱性阴离子交换膜。本发明的制备方法反应高效、便捷，易于大面积制备碱性阴离子交换膜。梳状结构可以在膜内构建连续高效的离子传输通道，使膜的离子传导率可以达到57.5mS/cm。同时，制备的膜展现了良好的热稳定性和化学稳定性。

技术领域

本发明涉及一种碱性阴离子交换膜及其制备方法，特别涉及一种梳状结构碱性阴离子交换膜及其制备方法(燃料电池用梳状SEBS基嵌段聚合物碱性膜及其制备方法)，属于燃料电池技术领域。

技术背景

现如今，能源短缺与环境问题日益突出。燃料电池(Fuel Cell)作为一种氢能源转换装置，由于其克服了卡诺循环的限制，具有较高的能源转换效率，同时也具有环境友好，噪音低、功率输出范围宽等优点，而受到越来越多的关注。

2014年12月，日本丰田汽车公司推出新一代燃料电池汽车Mirai，将燃料电池的商业化又推向了一个新的高度。然而，高昂的价格阻碍了其进一步商业推广，主要原因就是其核心部件质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)使用的贵金属催化剂和全氟磺酸膜的成本较高。

工作环境为碱性条件下的阴离子交换膜燃料电池(Anion ExchangeMembraneFuel Cell,AEMFC)摆脱了对贵金属催化剂尤其是对铂系催化剂的依赖，其成本能够大大降低，有望替代对应的质子交换膜燃料电池。而这其中，碱性阴离子交换膜材料的性能提高与成本下降就显得尤为重要。

在碱性阴离子交换膜材料的研究中，主要存在三个主要问题，即离子传导率较低、尺寸稳定性较差和耐碱性不足。氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)作为一种骨架不含杂原子或吸电子基团的全碳链型聚合物，展现了良好的化学稳定性。然而，之前的研究表明：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)基碱性膜所展现的较低的离子传导率和较差的成膜性却是阻碍其进一步发展的主要问题。

因此，开发一种铸膜工艺简单、易于大面积、大批量生产、表面均匀平整、电导率可以达到57.5mS/cm并且具有良好的热稳定性、玻璃化转变温度大于180℃的梳状结构碱性阴离子交换膜及其制备方法，成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种铸膜工艺简单、易于大面积、大批量生产、表面均匀平整、电导率可以达到57.5mS/cm并且具有良好的热稳定性、玻璃化转变温度大于180℃的梳状结构碱性阴离子交换膜。

为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

一种梳状结构碱性阴离子交换膜，为梳状结构氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，其主链为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，主链上含有苯基的部分对位通过亚甲基键合含有长烷基链的阳离子官能团；所述含有长烷基链的阳离子官能团的苯基与苯乙烯嵌段中的苯基的摩尔比为1:1-1:2；所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的分子量大于40,000。

优选地，所述阳离子官能团为季胺型阳离子。

优选地，所述长烷基链的长度为8-16个碳原子。

优选地，与所述阳离子官能团对应的阴离子为Cl^-或OH^-。

优选地，所述梳状结构氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的结构式如下：

其中，x＝0.09-0.26,y＝0.74-0.82,(x+z)＝0.18-0.26；x：(x+z)＝1：1-1：2。