[发明专利]一种燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种燃料电池用阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：一)聚合型1‑(2‑乙氧基乙基)‑2‑(4‑哌啶基)‑1H‑苯并咪唑的制备，二)聚合型1‑(2‑乙氧基乙基)‑2‑(4‑哌啶基)‑1H‑苯并咪唑盐的制备，三)聚合物膜的制备，四)离子交换。本发明还公开了根据所述燃料电池用阴离子交换膜的制备方法制备得到的燃料电池用阴离子交换膜及利用所述燃料电池用阴离子交换膜作为聚电解质膜的碱性阴离子交换膜电池。本发明制备得到的燃料电池用阴离子交换膜与现有技术中的传统季铵盐阴离子交换膜相比，阴离子传导率更高，价格更加低廉，机械力学性能更好，稳定性、耐碱性和耐热性能更佳，符合碱性阴离子交换膜燃料电池使用要求。

技术领域

本发明属于聚电解质材料技术领域，涉及一种燃料电池部件，具体地说，涉及一种燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的发展及人们生活水平的提高，汽车作为出行的交通工具，如雨后春笋般涌入了大街小巷，这些汽车在给人们带来便利的同时，也引发了居多环境问题和能源问题。因为普通汽车均为燃油汽车，它们需要消耗燃油，而燃油为不可再生能源，存在短缺的问题，再者，汽车尾气含有氮氧化物等有毒有害的会污染大气的气体。为解决这些问题，新能源汽车应运而生。在众多新能源汽车中，燃料电池新能源汽车以其绿色环保、续延时间长等优势引起了业内研究们的广泛关注。燃料电池新能源汽车中一个最关键的部件就是燃料电池，燃料电池性能的好坏直接影响新能源汽车的发展。

燃料电池根据其应用的电解质不同，有很多种类，其中较为常见的燃料电池之一是阴离子交换膜燃料电池。阴离子交换膜燃料电池的核心部位是阴离子交换膜。阴离子交换膜在阴离子交换膜燃料电池中充当阻隔燃料和传递阴离子的双重作用，其性能的好坏直接影响阴离子交换膜燃料电池的工作安定性和循环使用寿命。

传统的燃料电池用阴离子交换膜是季铵盐类聚合物膜，这类膜在卤甲基化过程中，很难做到精确控制卤甲基化的位置和程度，因此会引起很多副反应，影响聚合物的整体性能，而且传统制备工艺所得到聚合物阴离子交换膜热稳定性、化学稳定性差，特别是在较高温度下或碱性条件下容易发生降解，从而影响燃料电池性能及使用寿命。

因此，开发一种耐碱性和机械性能优异、热和化学稳定性好、阴离子传导率高的用于碱性阴离子交换膜燃料电池的聚合物阴离子交换膜材料成为业内研究的热点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的燃料电池用阴离子交换膜与现有技术中的传统季铵盐阴离子交换膜相比，阴离子传导率更高，价格更加低廉，机械力学性能更好，稳定性、耐碱性和耐热性能更佳，符合碱性阴离子交换膜燃料电池使用要求。

为达到以上目的，本发明提供一种燃料电池用阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

1)聚合型1-(2-乙氧基乙基)-2-(4-哌啶基)-1H-苯并咪唑的制备：将1-(2-乙氧基乙基)-2-(4-哌啶基)-1H-苯并咪唑、甲基丙烯酸缩水甘油酯、碱性催化剂、阻聚剂加入到有机溶剂中，在70-80℃下搅拌反应4-6小时，过滤并取滤液，旋蒸除去溶剂；

2)聚合型1-(2-乙氧基乙基)-2-(4-哌啶基)-1H-苯并咪唑盐的制备：将经过步骤1)中制备得到的聚合型1-(2-乙氧基乙基)-2-(4-哌啶基)-1H-苯并咪唑溶于二氯甲烷中，等完全溶解后，加入氯甲基甲醚和碱性催化剂，室温搅拌反应6-8小时，后过滤并取滤液，旋蒸除去溶剂；

3)聚合物膜的制备：将经过步骤2)制备得到的聚合型1-(2-乙氧基乙基)-2-(4-哌啶基)-1H-苯并咪唑盐、二乙二醇二乙烯基醚、丙烯腈、光引发剂混合，超声10-15分钟，后倒入模具中，在氮气或惰性气体氛围下用波长为210-250nm的紫外光辐照35-45分钟，得到聚合物膜；