专利名称：一种碱性阴离子膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及碱性阴离子交换膜，具体地说是一种碱性阴离子膜及其制备方法。
背景技术：
碱性阴离子交换膜(AAEM)是碱性阴离子燃料电池的关键材料。碱性阴离子燃料 电池是一类越来越受到重视的燃料电池。在碱性阴离子膜燃料电池体系中，不但可以使用 非钼催化剂如镍(Ni)、钴(Co)等，大大降低燃料电池成本。而且可以避免CO2中毒问题。目前，阴离子交换膜制备主要分为两种一、辐射接枝氟类高分子聚合物如 PVDF, ETFE, PTFE等。John R. Varcoe等利用电子束照射ETFE接枝氯甲基苯乙烯，接着进 行季胺化制备阴离子膜，电导率可以达到0. 03mScm ^但是这种方法的缺点是辐射接枝不 但会破坏高分子聚合物的主链结构使稳定性变差，而且接枝反应仅会发生在聚合物膜的表 面，接枝率较低。二、化学接枝非氟高分子聚合物如聚芳醚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)等。庄 林等利用聚芳醚砜(PSF)氯甲基化反应后，季胺化制备了一系列阴离子膜。这种方法的缺 点是非氟高分子聚合物在高温或者碱性条件下，往往容易稳定性差，变脆。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种新型的燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法， 本方法制备的膜具有较好的热稳定性、耐碱性和较好的电池性能。膜结构优点机械强度高，韧性好，较好的热稳定性，较好的电池性能。制备方法优点含氟高分子聚合物的ATRP接枝方法相对于辐射接枝，条件温和，不破坏聚合物的 主链结构，引入导电基团多。一种碱性阴离子膜，膜材料结构式如下所示
权利要求
1. 一种碱性阴离子膜，膜材料结构式如下所示，
2.—种权利要求1所述碱性阴离子膜的制备方法，其特征在于包括聚合物的ATRP接 枝改性、氯甲基化、成膜、季胺化、碱化的步骤；1)聚合物的ATRP接枝改性将1重量份的含有C-H、C-Cl、C-Br中一种或多种结构的 含氟高分子聚合物，0. 01-0. 1重量份的CuX，X = Cl.Br,0. 05-0. 5重量份的4，4-二联吡啶 或者0.01-0. 1重量份的五甲基二乙烯三胺(PMDETA)置于反应器中，抽真空、充氮气，反复 3-5 次；加入溶剂溶解上述物质后，加入0. 1-10重量份的苯乙烯，在80°C -160°c下反应12-96 小时，停止反应；将上述溶液倒入低级醇中，得到棕色沉淀；沉淀用甲苯冲洗后，真空干燥， 即得到聚合物的接枝产物；2)聚合物接枝产物的氯甲基化将1重量份的聚合物接枝产物置于反应器中，抽真 空、充氮气反复3-5次，加入溶剂溶解后，加入0. 001-0. 1重量份的四氯化锡(SnCl4)，加入 0. 1-10重量份的氯甲基乙基醚，20°c-70°c反应1-10小时；将上述溶液倒入低级醇中，得到 灰棕色沉淀，并用低级醇冲洗后，真空干燥，即得到聚合物接枝产物的氯甲基化产物；3)成膜将氯甲基化得到的产物溶于溶剂中涂铸成膜，干燥；4)季胺化将制备的膜材料浸入三甲胺水溶液中12-96小时；5)碱化将上述膜从三甲胺水溶液中取出，去离子水冲洗干净后，浸入氢氧化钠水溶 液中12-48小时。
3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述含有C-H、C-Cl、C-Br中一种 或多种结构的含氟高分子聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物 (P (VDF-CTFE))或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P (VDF-HFP))。
4.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述低级醇为甲醇、乙醇、丙醇、丙二 醇中的一种或多种；所述溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、N, N- 二乙基乙酰胺(DMAC)、二 甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；溶剂于含氟高分子聚合物为5-50ml/g。
5.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述接枝改性过程中真空干燥的温度为40-140°C，时间6小时以上；所述氯甲基化过程中真空干燥的温度为40-140°C，时间6小时以上；所述成膜的干燥过程中，首先于40°C -100°C下常压干燥，时间3-M小时，然后于 20-50°C下真空干燥，时间3小时以上；季胺化过程的温度为20°C -60°C。
6.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于三甲胺水溶液的体积浓度10-40% ； 氢氧化钠水溶液浓度0. 1-0. 8M。
全文摘要
本发明涉及碱性阴离子交换膜，具体地说是一种碱性阴离子膜及其制备方法，膜材料结构式如下所示，其中m＝1-1000，n＝1-10000，h＝1000-20000。本发明制备的膜具有较好的热稳定性、耐碱性和较好的电池性能。
文档编号H01M8/10GK102101021SQ200910248538
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者张凤祥, 张华民, 曲超 申请人:中国科学院大连化学物理研究所