CN111607117A - 燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 - Google Patents
燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111607117A CN111607117A CN202010558765.2A CN202010558765A CN111607117A CN 111607117 A CN111607117 A CN 111607117A CN 202010558765 A CN202010558765 A CN 202010558765A CN 111607117 A CN111607117 A CN 111607117A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anion exchange
- chain type
- fuel cell
- exchange membrane
- quaternary ammonium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 13
- 125000002883 imidazolyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 24
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 claims abstract description 17
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- QPFMBZIOSGYJDE-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrachloroethane Chemical compound ClC(Cl)C(Cl)Cl QPFMBZIOSGYJDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 claims description 12
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- OSSNTDFYBPYIEC-UHFFFAOYSA-N 1-ethenylimidazole Chemical compound C=CN1C=CN=C1 OSSNTDFYBPYIEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 claims description 11
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CNHDIAIOKMXOLK-UHFFFAOYSA-N toluquinol Chemical compound CC1=CC(O)=CC=C1O CNHDIAIOKMXOLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Natural products CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- KSOCVFUBQIXVDC-FMQUCBEESA-N p-azophenyltrimethylammonium Chemical compound C1=CC([N+](C)(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C([N+](C)(C)C)C=C1 KSOCVFUBQIXVDC-FMQUCBEESA-N 0.000 claims description 6
- LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 4,4'-difluorobenzophenone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LSQARZALBDFYQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- NWVVVBRKAWDGAB-UHFFFAOYSA-N hydroquinone methyl ether Natural products COC1=CC=C(O)C=C1 NWVVVBRKAWDGAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 3
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 claims description 3
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 13
- 230000000269 nucleophilic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 abstract description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 6
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000031709 bromination Effects 0.000 description 1
- 238000005893 bromination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 150000002460 imidazoles Chemical class 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- HHQJWDKIRXRTLS-UHFFFAOYSA-N n'-bromobutanediamide Chemical compound NC(=O)CCC(=O)NBr HHQJWDKIRXRTLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920013636 polyphenyl ether polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2256—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions other than those involving carbon-to-carbon bonds, e.g. obtained by polycondensation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G65/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
- C08G65/34—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives
- C08G65/48—Polymers modified by chemical after-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2371/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
- C08J2371/08—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
- C08J2371/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供一种燃料电池用多种侧链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。该阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同:咪唑基团与季铵基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);本发明还提供了多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,该方法是利用亲核缩聚反应进行聚合,通过接枝咪唑基团与季铵基团制备了多种侧链型阴离子交换膜。本发明的多种侧链型阴离子交换膜在80℃时的离子传导率最高可达到0.121 S/cm。
Description
技术领域
本发明属于高分子化学和阴离子交换膜燃料电池领域,具体涉及一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法。
背景技术
近年来,为了追求经济快速发展,人们过度采用化石能源,造成能源枯竭、环境污染等问题,此时,燃料电池作为一种新型可再生能源逐渐进入各国研究者的视线中。目前,大部分的研究集中在质子交换膜燃料电池领域内,但由于其催化剂需要采用价格昂贵的金属,极大的限制了质子交换膜燃料电池的推广与发展。相比之下,阴离子交换膜燃料电池具有燃料氧化速率快、液体醇燃料渗透率低及可使用非贵金属催化剂等优势,有着广阔的应用前景因此,阴离子交换膜燃料电池的研究受到研究者的广泛关注。
阴离子交换膜作为阴离子交换膜燃料电池的核心部件,其性能直接决定了阴离子交换膜燃料电池的性能。目前研究的阴离子交换膜材料的种类也十分繁多,聚醚砜、聚醚酮、聚乙烯醇、聚苯醚等都可以作为阴离子交换膜基质材料。阴离子交换膜也有很多的优点可以选择价格低廉的催化剂来代替贵金属催化剂,使燃料电池的使用成本大幅度降低并且其大范围的应用也可以不用依赖于现有的资源储量,有利于大面积的推广应用,这无疑是推进燃料电池迅速发展的重大突破。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法,该阴离子交换膜具有较高的离子传导率和较强的耐碱稳定性,同时,该制备方法操作简单、成本较低、前景广阔。
本发明首先提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜,该阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同进行制备:
其中接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
所述的多种基团功能化聚芳醚酮砜,结构式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ
本发明还提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,包括如下:
步骤一:将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
步骤二:将第一步得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
步骤三:将步骤二得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同进行制备,接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
步骤四:将步骤三得到的成膜液采用流延法延流成膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
2、优选的是,所述的功能化聚芳醚酮砜制备方法为:氮气保护下,在三口瓶中加入0.02 mol 4,4’-二氟二苯酮,0.02 mol 甲基氢醌,混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂,125~145℃带水回流3~5小时后放出带水剂,温度升至165~170℃,继续反应2~3小时,得到聚芳醚酮聚合物。
优选的是,所述的咪唑为1乙烯基咪唑,所述的季铵基团为TMA。
优选的是,所述的单体为4,4’-二氟二苯酮和甲基氢醌。
优选的是,所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)中的一种。
优选的是,所述的带水剂为甲苯。
本发明的有益效果
本发明首先提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜,该阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同进行制备:该阴离子交换膜中由于支链上的咪唑基团与季铵基团即可以充当离子的给体,又可以充当离子的受体,既可以接受离子也可以给出离子,离子在咪唑之间以跳跃的方式进行传递,形成离子传输通道,继而解决膜高温下失水导致离子传导率下降的问题,实验结果表明:本发明的多种侧链型阴离子交换膜在80℃时的离子传导率为0.09 S/cm~0.12 S/cm,该阴离子交换膜厚度为12~15μm。
本发明还提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,该方法是利用亲核缩聚反应制备咪唑功能化聚芳醚酮砜。本发明多种侧链型阴离子交换膜的制备工艺简单,生产周期短,成本低廉,商业前景广阔,可应用于燃料电池领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备功能化聚芳醚酮砜过程中聚合、溴代的核磁谱图。
图2为本发明实施例1制备的多种侧链型阴离子交换膜的红外光谱图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明首先提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜,该阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季胺基团不同摩尔比制备:
其中接枝咪唑基团与季胺基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
所述的多种基团功能化聚芳醚酮砜,结构式如式Ⅰ所示:
式Ⅰ
本发明还提供一种燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,包括如下:
步骤一:将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
步骤二:将第一步得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
步骤三:将步骤二得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同进行制备,接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
步骤四:将步骤三得到的成膜液采用流延法延流成膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
本发明所述的功能化聚芳醚酮砜制备方法为:氮气保护下,在三口瓶中加入0.02mol 4,4’-二氟二苯酮,0.02 mol 甲基氢醌,混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂,125~145℃带水回流3~5小时后放出带水剂,温度升至165~170℃,继续反应2~3小时,得到聚芳醚酮聚合物。成盐剂优选为无水碳酸钾,带水剂优选为甲苯,溶剂优选为沸点150℃以上的高沸点溶剂,包括但不限于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
(1)将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
(2)将步骤(1)得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
(3)将步骤(2)得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA(1-乙烯基咪唑与TMA摩尔比3:7)搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季胺基团不同摩尔比制备,接枝咪唑基团与季胺基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
(4)将步骤(3)得到的深黄色成膜液在玻璃板上延流成膜,然后放入恒温箱中,在80℃下干燥48小时,自然冷却到25℃,在蒸馏水中脱膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
将上述燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜在1M的NaOH溶液中浸泡24小时,然后再侵泡于离子水中24小时,期间多次换水冲洗,以洗去膜表面残留的NaOH,经过预处理后的多种侧链型阴离子交换膜浸泡在去离子水中备用。在80℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.09S/cm,膜厚度为15μm,在30℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.023S/cm,泡碱400小时后,离子传导率在60℃仍保持0.058S/cm,体现了良好的耐碱稳定性。实施例1得到的多种侧链型阴离子交换膜的红外光谱图如图2所示,从图2可以看出,实施例成功的合成了多种侧链型阴离子交换膜。
实施例2
(1)将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
(2)将步骤(1)得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
(3)将步骤(2)得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA(1-乙烯基咪唑与TMA摩尔比5:5)搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季胺基团不同摩尔比制备,接枝咪唑基团与季胺基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
(4)将步骤(3)得到的深黄色成膜液在玻璃板上延流成膜,然后放入恒温箱中,在80℃下干燥48小时,自然冷却到25℃,在蒸馏水中脱膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
将上述燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜在1M的NaOH溶液中浸泡24小时,然后再侵泡于离子水中24小时,期间多次换水冲洗,以洗去膜表面残留的NaOH,经过预处理后的多种侧链型阴离子交换膜浸泡在去离子水中备用。在80℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.103S/cm,膜厚度为13μm,在30℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.027S/cm,泡碱400小时后,离子传导率在60℃仍保持0.069S/cm,体现了良好的耐碱稳定性。实施例1得到的多种侧链型阴离子交换膜的红外光谱图如图2所示,从图2可以看出,实施例成功的合成了多种侧链型阴离子交换膜。
实施例3
(1)(1)将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
(2)将步骤(1)得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
(3)将步骤(2)得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA(1-乙烯基咪唑与TMA摩尔比7:3)搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季胺基团不同摩尔比制备,接枝咪唑基团与季胺基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
(4)将步骤(3)得到的深黄色成膜液在玻璃板上延流成膜,然后放入恒温箱中,在80℃下干燥48小时,自然冷却到25℃,在蒸馏水中脱膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
将上述燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜在1M的NaOH溶液中浸泡24小时,然后再侵泡于离子水中24小时,期间多次换水冲洗,以洗去膜表面残留的NaOH,经过预处理后的多种侧链型阴离子交换膜浸泡在去离子水中备用。在80℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.121S/cm,膜厚度为13μm,在30℃下测试,该多种侧链型阴离子交换膜的离子传导率为0.038S/cm,泡碱400小时后,离子传导率在60℃仍保持0.088S/cm,体现了良好的耐碱稳定性。实施例1得到的多种侧链型阴离子交换膜的红外光谱图如图2所示,从图2可以看出,实施例成功的合成了多种侧链型阴离子交换膜。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,包括如下:
步骤一:将聚合物溶于四氯乙烷中,加入过氧化苯甲酰和N-溴代琥珀亚酰胺80度油浴搅拌5小时,出料于醇中,得到淡黄色絮状物;
步骤二:将第一步得到的淡黄色絮状物溶于溶剂中,然后得到澄清橙色溶液;
步骤三:将步骤二得到的溶液加入过氧化苯甲酰、1-乙烯基咪唑和TMA搅拌12~24小时,得到深黄色成膜液,阴离子交换膜按接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比不同进行制备,接枝咪唑基团与季铵基团摩尔比为:a:b(a、b均为1~9的整数且a+b=10);
步骤四:将步骤三得到的成膜液采用流延法延流成膜,即得到燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,所述的功能化聚芳醚酮砜制备方法为:氮气保护下,在三口瓶中加入0.02 mol 4,4’-二氟二苯酮,0.02 mol 甲基氢醌,混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂,125~145℃带水回流3~5小时后放出带水剂,温度升至165~170℃,继续反应2~3小时,得到聚芳醚酮聚合物。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,所述的咪唑基团为 1-乙烯基咪唑,所述的季铵基团为TMA。
5.根据权利要求3所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,所述的单体为4,4’-二氟二苯酮和甲基氢醌。
6.根据权利要求3所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜中的一种。
7.根据权利要求3所述的燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜的制备方法,其特征在于,所述的带水剂为甲苯。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010558765.2A CN111607117B (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010558765.2A CN111607117B (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111607117A true CN111607117A (zh) | 2020-09-01 |
CN111607117B CN111607117B (zh) | 2022-11-29 |
Family
ID=72195164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010558765.2A Expired - Fee Related CN111607117B (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111607117B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112290068A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-29 | 长春工业大学 | 燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
CN112300391A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-02-02 | 长春工业大学 | 燃料电池用不同侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
CN112349940A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-02-09 | 长春工业大学 | 燃料电池用季铵与咪唑交联型阴离子交换膜及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107579270A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-12 | 大连理工大学 | 一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法 |
CN109054063A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-12-21 | 武汉理工大学 | 一种硅烷交联聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法 |
WO2019079513A1 (en) * | 2017-10-17 | 2019-04-25 | Yushan Yan | POLYMERS HAVING STATIC CATIONIC PENDING GROUPS FOR USE AS ANION AND IONOMER EXCHANGING MEMBRANES |
CN110760038A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-02-07 | 长春工业大学 | 燃料电池用咪唑侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
-
2020
- 2020-06-18 CN CN202010558765.2A patent/CN111607117B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107579270A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-12 | 大连理工大学 | 一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法 |
WO2019079513A1 (en) * | 2017-10-17 | 2019-04-25 | Yushan Yan | POLYMERS HAVING STATIC CATIONIC PENDING GROUPS FOR USE AS ANION AND IONOMER EXCHANGING MEMBRANES |
CN109054063A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-12-21 | 武汉理工大学 | 一种硅烷交联聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法 |
CN110760038A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-02-07 | 长春工业大学 | 燃料电池用咪唑侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112290068A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-29 | 长春工业大学 | 燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
CN112300391A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-02-02 | 长春工业大学 | 燃料电池用不同侧链型阴离子交换膜及其制备方法 |
CN112349940A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-02-09 | 长春工业大学 | 燃料电池用季铵与咪唑交联型阴离子交换膜及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111607117B (zh) | 2022-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110760038B (zh) | 燃料电池用咪唑侧链型阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN111607117B (zh) | 燃料电池用多种侧链型阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN110224166B (zh) | 一种磷酸掺杂交联型聚苯并咪唑高温质子交换膜及其制备方法 | |
CN111269550B (zh) | 一种基于聚苯醚/聚乙烯醇的交联阴离子交换膜及制备方法 | |
CN101367903B (zh) | 一种基于半互穿网络的增强型复合质子交换膜及其制备方法 | |
CN111718504B (zh) | 一种zif-67基聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN101844042B (zh) | 一种基于离子液体的阴离子交换膜的制备方法 | |
Li et al. | Synthesis and characterization of anion exchange membranes based on poly (arylene ether sulfone) s containing various cations functioned tetraphenyl methane moieties | |
CN102206386B (zh) | 一种基于咪唑阳离子的聚合物阴离子交换膜及其制备方法 | |
Lin et al. | Thermoplastic interpenetrating polymer networks based on polybenzimidazole and poly (1, 2-dimethy-3-allylimidazolium) for anion exchange membranes | |
CN105566665A (zh) | 一种共混交联型阴离子交换膜的制备方法 | |
CN102181069A (zh) | 两性离子交换膜的制备方法 | |
CN111276724B (zh) | 基于聚苯醚/聚乙烯醇的半互穿网络阴离子交换膜及制备方法 | |
CN114524919B (zh) | 一种聚芳基型阴离子交换膜及制备方法 | |
Mu et al. | Novel ether-free membranes based on poly (p-terphenylene methylimidazole) for vanadium redox flow battery applications | |
Yang et al. | High conductivity and alkali-resistant stability of imidazole side chain crosslinked anion exchange membrane | |
Du et al. | Improved conductivity and stability of anion exchange membranes by introducing steric hindrance and crosslinked structure | |
CN112290068A (zh) | 燃料电池用两种季铵侧链型阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN113471498B (zh) | 一种多季铵侧长链型聚砜阴离子交换膜及其制备方法 | |
Wang et al. | Adamantane-based block poly (arylene ether sulfone) s as anion exchange membranes | |
CN112300391A (zh) | 燃料电池用不同侧链型阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN109687004A (zh) | 一种多级离子化交联型阴离子交换膜及其制备方法 | |
CN101931086B (zh) | 互穿网状质子交换膜与其形成方法及质子交换膜燃料电池 | |
CN105932317A (zh) | 一种钒电池用离子交换膜的制备方法 | |
CN112349940A (zh) | 燃料电池用季铵与咪唑交联型阴离子交换膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20221129 |