[发明专利]多阳离子交联型阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明提供一种多阳离子交联型阴离子交换膜及其制备方法，属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域。该阴离子交换膜按交联度不同包括：0%交联度的聚靛红联苯，3%交联度的聚靛红联苯，5%交联度的聚靛红联苯和8%交联度的聚靛红联苯：本发明还提供一种多阳离子交联型阴离子交换膜及其制备方法，该方法是利用超强酸催化的聚合反应制备聚靛红联苯，再通过亲核取代反应制备一种多阳离子交联型阴离子交换膜。本发明的多阳离子交联型阴离子交换膜在80℃时的氢氧根传导率最高可达到0.075 S/cm。

技术领域

本发明属于高分子材料领域和阴离子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种多阳离子交联型阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

碱性燃料电池因氧化还原动力学快、使用非贵金属催化剂成本低、燃料渗透率低等优点而迅速发展成为燃料电池领域的研究重点。阴离子交换膜（AEM）作为碱性燃料电池的核心部件之一，是决定燃料电池性能的关键元素，但现有的AEM具有耐碱稳定性差、阴离子传输效率差等缺点，所以AEM无法满足实际应用。

聚合物主链和阳离子基团是影响阴离子交换膜性能的关键因素。Zhu等（J.Mater. Chem. A, 2019,7, 6883-6893）在低温下通过超强酸催化的缩聚反应合成了比传统聚芳醚类聚合物更加稳定的高分子聚合物，证明了无醚键主链聚合物将在阴离子交换膜中具有光明的应前景。一般来说，功能性的阳离子基团被认为最容易受到氢氧根离子的攻击且合成过程复杂。

发明内容

本发明提供了一种能够改善上述问题的阴离子交换膜的制备方法，具有优异的机械性能和化学稳定性，且离子传导较高，制备工艺简单，成本低。

本发明提供一种多阳离子交联型阴离子交换膜，其特征在于, 该多阳离子交联型阴离子交换膜由无醚键主链和多阳离子侧链交联构成，其中，按交联度不同包括：0%交联度的聚靛红联苯，3%交联度的聚靛红联苯，5%交联度的聚靛红联苯和8%交联度的聚靛红联苯。

本发明还提供一种多阳离子交联型阴离子交换膜的制备方法，包括如下：

步骤一：将聚靛红联苯聚合物、N¹-（6-溴己基）-N¹,N¹,N⁶,N⁶-四甲基-N⁶-（6-（三甲基氨）己基）己烷-1,6-溴化二胺（Br-TQA）、1,16-二溴-5,11-(N,N-二甲基铵)十六烷溴化物（DBDMAH）溶于溶剂中，向溶液中加入K₂CO₃，加热并搅拌，过滤后得到成膜液；

步骤二：将步骤一得到的成膜液采用流延法流延成膜，即得到多阳离子交联型阴离子交换膜。

进一步地，所述的Br-TQA和DBDMAH制备方法为：

步骤一：22ml 1,6-二溴己烷和25ml乙醚混合，冰浴条件下加入6ml三甲胺溶液，室温下搅拌36小时，过滤，用乙醚洗涤，得到6-溴-N,N,N-三甲基己烷-1-溴化铵（Br-QA）；

步骤二：14mmol N,N,N',N'-四甲-1,6-己二胺（TMHDA）和12ml乙腈混合，2.8mmolBr-QA溶解于3ml乙腈中并滴加到TMHDA溶液中，将混合溶液在60℃下冷凝回流24小时，过滤得到滤液，蒸发滤液，得到初产物，用正己烷洗涤并在60℃真空烘箱中干燥24小时得到N¹-（6-（二甲氨基）己基）-N¹,N¹,N⁶,N⁶-五甲基己烷-1,6-溴化二胺(N,N-DQA)；

步骤三：7.9mmol 1,6-二溴己烷和6ml乙腈混合，0.79mmol N,N-DQA溶解到3ml乙腈中并滴加到1,6-二溴己烷溶液中，将混合溶液在60℃下冷凝回流24小时，倒入四氢呋喃溶液中，过滤并洗涤，60℃真空烘箱中干燥24小时得到Br-TQA；