[发明专利]一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法，属于燃料电池领域。制备方法包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇和聚季铵盐分别溶于溶剂中，得到聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液；(2)将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液混合均匀，去除气泡，然后除去溶剂，得聚乙烯醇/聚季铵盐膜；(3)戊二醛交联聚乙烯醇/聚季铵盐膜得聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜；(4)将聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜浸于碱溶液中，使聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜氢氧根离子化后即得。得到的交换膜具有良好的力学性能和热稳定性，电导率优于现有技术，化学性能稳定，可显著延长其使用寿命。本发明交换膜可应用于阴离子交换膜燃料电池，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

近年来，环境问题一直备受世界各国的高度重视，可再生能源的开发利用成为解决环境问题的有效措施之一。燃料电池是一种能够把燃料中的化学能直接转化成电能的化学装置，在众多可再生能源中，燃料电池因其能量转化率高、无噪音、无污染等特点脱颖而出，成为最有发展潜力的一种新型清洁能源。根据燃料电池中离子交换膜工作环境的不同，可将其分为质子交换膜燃料电池(PEMFCs)和阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)。PEMFCs因其高能效、高密度、低污染等优势在很多领域开始得到应用，但贵金属Pt催化剂的使用及质子交换膜材料十分昂贵、成膜制作困难，使PEMFCs成本较高，大大地限制了其商业发展。与PEMFCs相比，以非贵金属(Ag、Ni、Fe)作为催化剂，并且在碱性介质中拥有更高电极反应活性的AEMFCs逐渐成为燃料电池领域的研究热点。

阴离子交换膜(AEMs)是AEMFCs的核心部件，它不仅是阳极和阴极之间的隔板，还是OH^-的导体，其性能直接决定了AEMFCs的实际性能。目前研究较多的阴离子交换膜材料主要有聚苯醚、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯乙烯、苯乙烯热塑性弹性体等。然而它们通常必须经历高度复杂的季铵化过程，包括苯的氯甲基化和苄基氯的季铵化。此外，氯甲基化步骤中使用的试剂(如氯甲基醚)是有毒和致癌的。聚乙烯醇(PVA)是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，具有较好的成膜性，并且具有良好的电化学稳定性。同时，PVA来源广泛，价格便宜，安全无毒，可被用于阴离子交换膜的制备。Xiong等制备了一系列交联季铵化PVA阴离子交换膜，测试结果表明，这种新型阴离子交换膜的离子电导率可高达7.34×10^-3S/cm，高于其他阴离子交换膜。Ye等制备了可直接用于甲醇燃料电池的完全剥落石墨烯纳米片与PVA的碱性纳米复合膜，当石墨烯含量为0.7wt％时，这种膜的离子电导率可提高126％，甲醇渗透率可降低55％。

近年来，尽管阴离子交换膜制备工艺得到很大的发展，然而仍存在诸如制备工艺复杂、成本较高、膜的耐碱稳定性差、在碱性溶液中的溶胀度太大等问题。同时，为了更好的应用，阴离子交换膜的电导率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法。

本发明提供了一种用于阴离子交换膜燃料电池的聚乙烯醇/聚季铵盐阴离子交换膜的制备方法，它包括如下步骤：

(1)将聚乙烯醇和聚季铵盐分别溶于溶剂中，得到聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液；

(2)将聚乙烯醇溶液和聚季铵盐溶液混合均匀，去除气泡，然后除去溶剂，得聚乙烯醇/聚季铵盐膜；

(3)戊二醛交联聚乙烯醇/聚季铵盐膜得聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜；

(4)将聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜浸于碱溶液中，使聚乙烯醇/聚季铵盐交联膜氢氧根离子化后即得。

进一步地，

步骤(1)中，所述聚乙烯醇和聚季铵盐的重量配比为：聚乙烯醇1～5份，聚季铵盐0.1～5份；