离子传导交联物及其制备方法、阴离子交换膜及其应用与流程

本申请涉及电化学，具体而言，涉及一种离子传导交联物及其制备方法、阴离子交换膜及其应用。

背景技术：

1、阴离子交换膜是一类含有碱性活性基团、对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜，也称为离子选择透过性膜。阴离子交换膜在电解、电渗析以及燃料电池等电化学技术领域中扮演着重要角色。

2、阴离子交换膜的应用主要受到阴离子交换膜的电化学性能和使用寿命的影响；其中，阴离子交换膜的使用寿命主要受到阴离子交换膜的溶胀率以及碱稳定性的影响。但是，现有的阴离子交换膜无法兼具较好的电化学性能(例如，较低的离子导率等)、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性，使得阴离子交换膜无法满足科技不断发展对其的更高要求，极大程度地限制了阴离子交换膜的应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种离子传导交联物及其制备方法、阴离子交换膜及其应用，其旨在同时改善阴离子交换膜的电化学性能、溶胀性能和碱稳定性，使得阴离子交换膜兼具较好的电化学性能、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性。

2、第一方面，本申请提供一种离子传导交联物，离子传导交联物的结构式如下：

3、

4、其中，m1＞0，n1＞0，q1＞0，p1≥0，m2＞0，n2＞0，q2＞0，p2≥0。r1+、r2+、r3+以及r4+各自独立地为带正电的环胺基。x1-、x2-、x4-以及x5-各自独立地为阴离子。x3以及x6各自独立地选自卤素原子或卤素取代的烷基。a选自烷基、芳基、烯基或炔基，y为0或1。

5、本申请通过对离子传导交联物中的结构单元进行调控，并以特定的结构r3+-(a)y-r4+作为交联结构，采用该离子传导交联物制备阴离子交换膜，不仅可以提高阴离子交换膜的电化学性能，使得阴离子交换膜的槽压较低，阴离子交换膜的离子导率较高；也可以使得阴离子交换膜具有较高的碱稳定性，使得阴离子交换膜在碱性条件下不易分解；同时，还可以使得阴离子交换膜具有较低的溶胀率，使得阴离子交换膜具有较长的使用寿命。因此，采用本申请提供的离子传导交联物制备阴离子交换膜，可以使得阴离子交换膜兼具较好的电化学性能、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性，有利于极大程度地扩宽阴离子交换膜的应用范围。

6、第二方面，本申请提供一种如上述第一方面提供的离子传导交联物的制备方法，包括：在交联剂的存在下，将第一聚合物和第二聚合物进行交联反应。其中，交联剂的结构式为：r3-(a)y-r4。

7、第一聚合物的结构式如下：

8、

9、第二聚合物的结构式如下：

10、

11、a选自烷基、芳基、烯基或炔基，y为0或1。m1＞0，n1＞0，z1＞0，m2＞0，n2＞0，z2＞0。r1、r2、r3以及r4各自独立地为环胺基。x1-以及x4-各自独立地为阴离子。x3以及x6各自独立地选自卤素原子或卤素取代的烷基。

12、本申请提供的离子传导交联物的制备方法中，采用特定结构的r3-(a)y-r4作为交联剂，并采用特定结构的第一聚合物和第二聚合物作为交联底物以制备离子传导交联物；采用该方法制备阴离子交换膜，不仅可以提高阴离子交换膜的电化学性能，使得阴离子交换膜的槽压较低，阴离子交换膜的离子导率较高；也可以使得阴离子交换膜具有较高的碱稳定性，使得阴离子交换膜在碱性条件下不易分解；同时，还可以使得阴离子交换膜具有较低的溶胀率，使得阴离子交换膜具有较长的使用寿命。因此，采用本申请提供的离子传导交联物的制备方法制备离子传导交联物，可以使得采用该离子传导交联物制备的阴离子交换膜兼具较好的电化学性能、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性，有利于极大程度地扩宽阴离子交换膜的应用范围。

13、第三方面，本申请提供一种阴离子交换膜，阴离子交换膜的材质包括上述第一方面提供的离子传导交联物。

14、由于本申请提供的阴离子交换膜的材质包括上述第一方面提供的离子传导交联物，因此本申请提供的阴离子交换膜能够兼具较好的电化学性能、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性，有利于极大程度地扩宽阴离子交换膜的应用范围。

15、第四方面，本申请还提供一种如上述第三方面提供的阴离子交换膜在用于制备电解水器件、电渗析器件或燃料电池中的应用。

技术特征：

1.一种离子传导交联物，其特征在于，所述离子传导交联物的结构式如下：

2.根据权利要求1所述的离子传导交联物，其特征在于，a为芳基；

3.根据权利要求1所述的离子传导交联物，其特征在于，r1+、r2+、r3+以及r4+各自独立地选自咪唑鎓以及哌啶烷鎓中的至少一种；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的离子传导交联物，其特征在于，0＜(p1+q1)/(m1+n1)≤2，0＜(p2+q2)/(m2+n2)≤2；

5.根据权利要求4所述的离子传导交联物，其特征在于，0.001≤(p1+q1)/(m1+n1)≤0.5，0.001≤(p2+q2)/(m2+n2)≤0.5；

6.根据权利要求4所述的离子传导交联物，其特征在于，p1＝0；或/和，p2＝0。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的离子传导交联物的制备方法，其特征在于，包括：在交联剂的存在下，将第一聚合物和第二聚合物进行交联反应；其中，所述交联剂的结构式为：r3-(a)y-r4；

8.一种阴离子交换膜，其特征在于，所述阴离子交换膜的材质包括如权利要求1-6中任一项所述的离子传导交联物。

9.根据权利要求8所述的阴离子交换膜，其特征在于，所述阴离子交换膜包括多孔支撑层和填充于所述多孔支撑层的孔隙内的填充物，所述填充物包括无机亲水颗粒以及所述离子传导交联物；其中，所述无机亲水颗粒包括氧化锆、硫酸钡、水滑石、二氧化钛、碳酸锌、氢氧化镁以及氢氧化镍中的至少一种。

10.一种如权利要求8或9所述阴离子交换膜在用于制备电解水器件、电渗析器件或燃料电池中的应用。

技术总结
本申请提供一种离子传导交联物及其制备方法、阴离子交换膜及其应用，属于电化学技术领域。本申请通过对离子传导交联物中的结构单元进行调控，采用该离子传导交联物制备阴离子交换膜，不仅可以提高阴离子交换膜的电化学性能，使得阴离子交换膜的槽压较低，阴离子交换膜的离子导率较高；也可以使得阴离子交换膜具有较高的碱稳定性，使得阴离子交换膜在碱性条件下不易分解；同时，还可以使得阴离子交换膜具有较低的溶胀率，使得阴离子交换膜具有较长的使用寿命。因此，采用本申请提供的离子传导交联物制备阴离子交换膜，可以使得阴离子交换膜兼具较好的电化学性能、较低的溶胀率以及较强的碱稳定性，有利于极大程度地扩宽阴离子交换膜的应用范围。

技术研发人员：陈安琪
受保护的技术使用者：固碳新能源科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16