专利名称：一种燃料电池用复合阴离子交换膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池关键材料领域。具体地说是一种高性能、低成本、工艺简单的 燃料电池用复合阴离子交换膜及其制备方法。
背景技术：
全球经济的快速发展大大加大了对能源的需求量。然而，石油，天然气，煤炭等化 石资源在地球上的储藏量有限，不是取之不尽、用之不竭的。不仅如此，化石燃料的使用大 量排放C02、NxO、碳氢化合物及硫化物等污染物，导致温室效应、酸雨、臭氧层破坏等环境污 染问题，人类面临着日愈严重的能源和环境危机。因此开发新型清洁能源已引起世界各国 政府和企业界的高度重视。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane FuelCell， PEMFC)是一种以质子交换膜为电解质，利用氢气与空气中的氧气分别在电池的两极发生氧 化-还原反应并释放出电能的新一代能源技术。它具有高能量转换效率，高能量密度，环境 友好等特点，一直被认为是利用氢能解决未来人类能源和环境危机的终极方案。然而PEMFC 质子交换膜如Nafion成本高，电池运行的强酸性环境使电催化剂的选择只能限于钼等贵 金属，造成PEMFC的成本高昂。因此近年来碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)开始受到 越来越多的关注，它的主要优势在于(1)可采用非贵金属如Ag、Ni、Co等作为电催化剂，使 电池成本降低；( Off透过阴离子交换膜从阴极到阳极迁移使得燃料的渗透得到抑制，提 高燃料利用率和电池性能。阴离子交换膜是AEMFC的关键材料之一。阴离子交换膜体系主要是季铵盐型高分 子聚合物均质膜，复合膜和有机/无机杂化膜。从膜材料和制备角度划分主要包括聚芳醚 砜型和聚四氟乙烯接枝苯乙烯型。传统阴离子膜所面临的主要问题一是电导率较低，这主 要是所传导的氢氧根离子水合半径较大，通过膜的传导阻力较大；较低的电导率导致电池 的输出功率大多在几十mW/cm2;二是膜的机械性能和稳定性较低，在较高温度和碱性条件 下季铵基团很容易发生降解(T. Sata et al.，J. MembraneSci.，1996，112，161)，导致膜的 离子传导功能丧失。为提高离子交换膜的性能，一种途径是将导离子聚合物与高强度的基体材料 乳聚四氟乙烯(PTFE)复合，这种方法在质子交换膜方面已经有很多报道。日本专利 JP62-240627采用全氟离子交换树脂直接浸入多孔Ρ Ε制备复合膜，但所得到的膜不是完 全致密的，离子交换树脂不能紧密的粘合在PTFE内部。美国专利US5J47，551采用全氟磺 酸树脂和辛基酚聚乙氧基乙醇(非离子表面活性剂)混合溶液在在聚四氟乙烯膜表面涂 刷，然后将复合膜浸泡在异丙醇水溶液中去除表面活性剂。该方法能够使磺酸树脂进入到 聚四氟乙烯微孔中，但制膜工艺繁琐，表面活性剂去除后，磺酸树脂与基膜之间的结合无法 保证。中国专利CN1172391C采用全氟磺酸溶液和高沸点溶剂混合溶液滴加到多孔膜表面， 全氟磺酸树脂依靠重力作用进入膜孔中，加热挥发溶剂并真空处理。该方法工艺简单成本 低，但所得的膜应用在燃料电池中表现为开路电压低，说明全氟磺酸树脂与PTFE的结合仍 然不够好。以上诸方法的共同特征是树脂以高分子溶液的形式注入PTFE孔中，溶液的黏度会阻止其有效填充，溶剂的蒸发也会产生应力，使树脂与PTFE分离，界面稳定性较差。由于 以上原因，文献中鲜见季铵盐树脂直接与PTFE复合的报道。另一种途径是通过辐射接枝将苯乙烯接枝到含氟的高分子基膜上然后进行氯甲 基化和季化·《电化学通讯》(Electrochemistry Communications 8(2006)839-843)报道 了乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)接枝苯乙烯制备阴离子交换膜的过程ETFE经电子束照 射产生自由基，然后将其浸入氯甲基苯乙烯(VBC)中120小时，引发VBC聚合，再将所得到 的接枝膜置入重量分数50%的三甲胺水溶液中4小时进行季铵化，最后用IM氢氧化钾水 溶液处理得到氢氧根形式的阴离子交换膜.膜的离子交换容量为1. 42mmol/g干膜，由该膜 组装的H2/02燃料电池的最大功率密度为110mW/cm2(阴阳极电催化剂均为Pt).类似地， 《材料化学》(Chem. Mater. 2007,19，2686-2693)报道了 Co60伽玛射线照射ETFE接枝VBC， 接枝时间为67小时，经三甲胺和氢氧化钾水溶液处理后所得阴离子膜的离子交换容量为 1. Olmmol/g干膜，其H2/02燃料电池功率密度峰值为94mW/cm2 (电极催化剂为Pt).辐射接 枝法能够使导离子组分以共价键紧密结合在全氟基膜上，二者界面稳定性好，但辐射剂量 难以控制，不易达到接枝度和膜强度的平衡，基膜在电子束或伽玛射线照射下会发生主链 上的 C-C 键断裂(J. Chen, Μ. Asano, Y. Maekawa, Μ. Yoshida, J. Membr. Sci.，in press)而导 致强度下降.另外辐射设备价格高，引发自由基聚合时间长，不利于膜的大规模低成本制 备。中国专利CN 101306331A公布了另一种技术，把氯甲基苯乙烯、苯乙烯或/和烷基 苯乙烯、二乙烯苯、引发剂和高分子增强剂混合浆料刷涂在增强网布上，然后在70-90°C加 热聚合成膜。该技术制备的阴离子膜最高离子交换容量1. 66mmol/g，膜的电导率和燃料电 池性能并没有报道；另外所用原料复杂，成本较高，混合浆料在增强网布上的刷涂无法保证 均勻。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提出一种新型阴离子交换膜的原位热聚合制备 方法。该方法制得的阴离子膜具有较高的离子交换容量，电导率和稳定性；膜制备过程简 单易行，成本低。由该膜组装的直接水合胼/空气燃料电池的最大输出电流密度达500mA/ cm2，输出功率密度达124mW/cm2。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种燃料电池用阴离子交换膜，由可季铵化的自由基聚合单体、二乙烯苯、过氧化 苯甲酰组成的单体溶液在经预处理的高性能聚合物多孔基膜内原位热聚合，同时施加外 压，促进聚合产物与基膜之间的结合；再经季铵化和氢氧化处理得到复合阴离子交换膜。膜 在室温下的离子交换容量介于1. 54-1. 73mmol/g,电导率为0. 024-0. 049S/cm，所组装的直 接水合胼/空气燃料电池(DHFC)功率密度峰值为60-124mW/cm2，膜在2M水合胼/2M氢氧 化钾混合水溶液中70°C下浸泡120小时烘干后称重，没有质量变化。所述阴离子交换膜的具体制备过程包括聚合物基膜预处理，单体、交联剂和引发剂以适当比例配制单体溶液，聚合 物基膜在单体溶液中饱和吸浸，单体在基膜内由热引发原位聚合，季铵化和氢氧化处理；1)聚合物基膜预处理为将聚合物基膜置入改性试剂中进行处理；改性试剂为氢氧化钾乙醇溶液，氢氧化钾摩尔浓度为0. 1-0. 5M，膜在所述溶液中的处理时间为池以上；2)单体溶液的配制为将单体、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，三组 分的摩尔百分比为单体DVB BPO = 95-98 4-1 1 ；配好的溶液密封避光保存；3)将聚合物基膜在单体溶液中饱和吸浸将预处理过的聚合物基膜置入上述所 配制的单体溶液中浸渍，浸渍温度为20-25°C，浸渍时间为M-120h ；4)单体在基膜内热引发原位聚合为将上面浸渍后的聚合物基膜表面的单体溶 液用滤纸吸干，平铺于两片厚玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封；将此三层结构置 于加热平板上，上面放置2-5公斤重物施加外压，然后在110-120°C下加热3-4小时；5)季铵化和氢氧化处理为将上述得到的复合膜从玻璃板表面剥离，然后用胺的 水溶液浸渍48小时，取出后用去离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5-2M氢氧化钠水溶 液中处理22-48小时。所述聚合物基膜材料包括聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚苯并咪唑；所 述聚合单体包括氯甲基苯乙烯(VBC)或甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)；所述胺的水溶液为质 量分数33-40%的三甲胺水溶液；质量分数33-40%三甲胺水溶液与N，N，N’，N’ -四甲基乙 二胺的混合溶液，它们的体积比4 1 1 ；或，质量分数33-40%三甲胺水溶液与质量分数 25-28%氨水的混合溶液，它们的体积比4 1 1。本发明所述阴离子交换膜制备方法的特点和优点包括预处理的全氟聚合物或高 强度高稳定性高表面能的聚苯并咪唑基膜，不仅保证所制备的阴离子膜具有良好的耐碱性 也保证基膜和导离子组分之间的界面相容性；单体吸浸后在基膜孔内原位聚合，导离子组 分在基膜内分布均勻；所采用的单体溶液中不含苯乙烯，季铵化程度高，因而电导率高；基 膜的存在不仅增加复合膜的韧性而且可以有效抑制水对复合膜的溶胀；制备过程不需要使 用基膜以外的增强材料，单体溶液的消耗量少，膜的制备成本低。
图1. PTFE预处理前(A)和处理后(B)的红外谱图；图2. PTFE/PVB0H阴离子交换膜的红外谱图； 图3.用PTFE/PVB0H阴离子膜组装的DHFC性能曲线。
具体实施例方式以下通过实施例进一步详细说明本发明涉及的复合阴离子交换膜的制备方法和 性能。实施例1 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热3小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍40小时，取出后用去
5离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理M小时。所得的阴离子 膜称为 PTFE/PVB0H。图1所示为PTFE基膜预处理前后的红外谱图，可以看出处理后在1692和1670CHT1 出现了新的吸收峰，说明产生了新的化学基团，这有助于单体在膜内的吸浸和聚合产物与 基膜之间的结合。得到的PTFE/PVB0H阴离子膜红外谱图如图2所示；其中1478和973(^1分别代 表三甲基季铵基团上的C-H键和C-N键，说明季铵化成功实现；3370cm—1为羟基峰J918和 2850处的峰对应苯环上的亚甲基；1370CHT1则对应PTFE基膜中的C-F键。重要的是，谱图 中在693CHT1左右没有明显的吸收峰出现，这说明膜中不存在C-Cl键，即氯甲基完全季铵 化。膜的IEC为1. 54mmol/g,电导率0. 03S/cm,用该膜组装的直接水合胼/空气燃料 电池(DHFC)输出功率峰值72mW/cm2。膜在2M水合胼/2M氢氧化钾混合水溶液中70°C下 浸泡120小时没有明显质量变化。该实施例中，改变基膜预处理溶液的浓度(0. 1-0. 5M)不影响所制备的阴离子膜 性能。实施例2 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热4小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去 离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时。以上得到的阴离子膜室温下IEC为1. 73mmol/g,电导率0. 049S/cm，尺寸变化率为 8%，用该膜组装的直接水合胼/空气燃料电池(DHFC)性能如图3所示，其输出功率峰值 124mW/cm2，膜在2M水合胼/2M氢氧化钾混合水溶液中70°C下浸泡120小时烘干后称重，没 有质量变化，说明其具有良好的耐碱性。实施例3 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热4小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺和四甲基乙二胺水溶液(体积比 1 1)浸渍48小时，取出后用去离子水浸泡清洗0.5-1小时，再置入0.5M氢氧化钠水溶液 中处理22小时。以上得到的阴离子膜室温电导率为0. 024S/cm，用该膜组装的直接水合胼/空气
6燃料电池(DHFC)输出功率峰值90mW/cm2，膜在2M水合胼/2M氢氧化钾混合水溶液中70°C 下浸泡120小时没有质量变化，说明其具有良好的耐碱性。实施例4 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 95. 5 3. 5 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍120小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热3小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去 离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时。得到的阴离子膜组装的直接水合胼/空气燃料电池(DHFC)输出功率峰值60mW/ cm2。实施例5 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在120°C下加热3小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去 离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时。得到的阴离子膜组装的直接水合胼/空气燃料电池(DHFC)输出功率峰值IlOmW/ cm2实施例6 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的ETFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的ETFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在120°C下加热3小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去 离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时，得到与实施例1 性能类似的阴离子交换膜。实施例7 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PBI多孔膜，置入浓度 0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处理 过的PBI膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封；将此 三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在120°C下加热3小时；得到的复合 膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去离子 水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时，得到与实施例1性能 相似的阴离子交换膜。实施例8 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的ETFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的ETFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在120°C下加热4小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺水溶液浸渍48小时，取出后用去 离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理22小时，得到与实施例2 性能类似的阴离子交换膜。实施例9 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处 理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热4小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺和四甲基乙二胺水溶液(体积比 4 1)浸渍48小时，取出后用去离子水浸泡清洗0.5-1小时，再置入0.5M氢氧化钠水溶液 中处理48小时，即得阴离子交换膜。实施例10将甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔 百分比为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置 入浓度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将 预处理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍M小时，取出后将表面 的单体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带 密封；将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在110°C下加热4小时；得 到的复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺和四甲基乙二胺水溶液(体 积比4 1)浸渍48小时，取出后用去离子水浸泡清洗0.5-1小时，再置入0.5M氢氧化钠 水溶液中处理48小时，即得阴离子交换膜。实施例11 将氯甲基苯乙烯(VBC)、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，摩尔百分比 为VBC DVB BPO = 97. 8 1. 2 1 ；裁下尺寸为6. 5cmX 7cm的PTFE多孔膜，置入浓 度0. 5M的氢氧化钾乙醇溶液中处理2小时，取出，用乙醇淋洗并在空气中自然干燥；将预处
8理过的PTFE膜置入上面配制的单体/引发剂混合溶液中浸渍60小时，取出后将表面的单 体溶液用滤纸吸除，平铺于两片厚度为7mm的玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封； 将此三层结构置于加热平板上，上面以重物施加外压，然后在120°C下加热4小时；得到的 复合膜从玻璃板表面剥离，然后用质量分数33%的三甲胺和氨水溶液(体积比4 1)浸渍 48小时，取出后用去离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5M氢氧化钠水溶液中处理48小 时，即得阴离子交换膜。
权利要求
1.一种燃料电池用阴离子交换膜，其特征在于由可季铵化的自由基聚合单体、二乙 烯苯、过氧化苯甲酰组成的单体溶液在经预处理的高性能聚合物多孔基膜内原位热聚合， 同时施加外压，促进聚合产物与基膜之间的结合；再经季铵化和氢氧化处理得到复合阴离 子交换膜。
2.—种权利要求1所述阴离子交换膜的制备方法，其特征在于由可季铵化的自由基 聚合单体、二乙烯苯、过氧化苯甲酰组成的单体溶液在经预处理的高性能聚合物多孔基膜 内原位热聚合，同时施加外压，促进聚合产物与基膜之间的结合；再经季铵化和氢氧化处理 得到复合阴离子交换膜。
3.如权利要求2所述阴离子交换膜的制备方法，其特征在于具体过程如下1)聚合物基膜预处理为将聚合物基膜置入改性试剂中进行处理；改性试剂为氢氧化 钾乙醇溶液，氢氧化钾摩尔浓度为0. 1-0. 5M，膜在所述溶液中的处理时间为池以上；2)单体溶液的配制为将单体、二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)混合，三组分的 摩尔百分比为单体DVB BPO = 95-98 :4-1:1;3)将聚合物基膜在单体溶液中饱和吸浸将预处理过的聚合物基膜置入上述所配制 的单体溶液中浸渍，浸渍温度为20-25°C，浸渍时间为M-120h ；4)单体在基膜内热引发原位聚合为将上面浸渍后的聚合物基膜表面的单体溶液用 滤纸吸干，平铺于两片厚玻璃板之间，玻璃板之间的缝隙用胶带密封；将此三层结构置于加 热平板上，上面放置2-5公斤重物施加外压，然后在110-120°C下加热3-4小时；5)季铵化和氢氧化处理为将上述得到的复合膜从玻璃板表面剥离，然后用胺的水溶 液浸渍M-96小时，取出后用去离子水浸泡清洗0. 5-1小时，再置入0. 5-2M氢氧化钠水溶 液中处理22-48小时。
4.如权利要求2所述阴离子交换膜的制备方法，其特征在于所述聚合物基膜材料包 括聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚苯并咪唑；所述聚合单体包括氯甲基苯乙烯 (VBC)或甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)。
5.如权利要求2所述阴离子交换膜的制备方法，其特征在于所述胺的水溶液为质量 分数33-40%的三甲胺水溶液；质量分数33-40%三甲胺水溶液与N，N, N，，N，-四甲基乙 二胺的混合溶液，它们的体积比4 1 1 ；或，质量分数33-40%三甲胺水溶液与质量分数 25-28%氨水的混合溶液，它们的体积比4 1 1。
全文摘要
本发明涉及燃料电池关键材料的制备，具体地说是一种碱性燃料电池用复合阴离子交换膜及其制备方法。该方法包括以下步骤多孔聚合物基膜的预处理；可氯甲基化的自由基聚合单体、交联剂和引发剂合理配比，制成单体溶液；预处理过的基膜在单体溶液中的饱和吸浸；单体在基膜内部原位热聚合，同时由外压作用下促进聚合产物与基膜的复合；季铵化并经碱处理得到阴离子交换膜。本发明简洁、高效、节省原料，所制备的阴离子交换膜电导率高、稳定性强，适合碱性燃料电池方面的应用。
文档编号H01M4/88GK102104156SQ200910248539
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
发明者任俊霞, 张凤祥, 张华民, 曲超, 邱艳玲 申请人:中国科学院大连化学物理研究所