CN116615488A - 新型基于聚芴的交联共聚物及制备其的方法和使用其的碱性燃料电池用阴离子交换膜 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及合成具有交联结构的，在聚合物骨架中不具有芳基醚键的并且在重复单元中引入哌啶鎓基团的芳香族基于聚芴的共聚物，和将由其制备的阴离子交换膜应用于碱性燃料电池、水电解、二氧化碳还原、金属空气电池等的技术。根据本公开，具有交联结构的阴离子交换膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和机械性能以及高的持水能力、离子电导率和耐久性，并且表现出优异的分散相。
Description
技术领域
本公开涉及一种新型基于聚芴的交联共聚物(polyfluorene-based cross-linked copolymer)及其制备方法，更具体地，涉及一种合成具有交联结构的，在聚合物骨架中不具有芳基醚键的并且在重复单元中引入哌啶鎓(piperidinium)基团的芳香族基于聚芴的共聚物，并且将由其制备的阴离子交换膜应用于碱性燃料电池、水电解、二氧化碳还原、金属空气电池等的技术。
背景技术
聚合物电解质膜燃料电池(Polymer electrolyte membrane fuel cells，PEMFC)由于其相对高的电流密度和环境友好的优点而得到了广泛的研究。特别地，以Nafion为代表的基于全氟烃类的质子交换膜已主要用作聚合物电解质膜。尽管Nafion膜具有优异的化学稳定性和高的离子电导率，但它是非常昂贵的并且具有低的玻璃化转变温度。因此，取代Nafion的研究(包括开发芳香族烃类聚合物电解质膜等)正在积极进行。
近年来，使用阴离子交换膜并在碱性环境下运行的碱性膜燃料电池(alkalinemembrane fuel cells，AMFC)引起了人们的关注。特别是，碱性膜燃料电池因为廉价的非贵金属(例如镍、锰等)可以代替铂用作电极催化剂而正在被持续研究，并且与聚合物电解质膜燃料电池相比，它们表现出优异的性能和显著高的成本竞争力。
对于用于碱性膜燃料电池的阴离子交换膜，主要使用具有芳基醚主链的聚合物(例如聚芳基醚砜、聚苯醚、聚醚醚酮等)。此外，尽管使用疏水性交联剂(例如1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷和1,6-己二胺)的交联阴离子交换膜是已知的，但是疏水性阴离子交换膜具有用于阴离子交换膜燃料电池的离子电导率低、柔性有限、溶解性低等问题。此外，由于现有的阴离子交换膜在化学稳定性(在80℃的1M NaOH溶液中低于500小时)和机械性能(拉伸强度<30MPa)方面受到限制，因此当它们用于燃料电池时，功率密度低(0.1-0.5Wcm-2)并且电池耐久性降低。
到目前为止，还没有制备出在聚合物骨架中不具有芳基醚键并且在重复单元中引入哌啶鎓基团的芳香族基于聚芴的共聚物和阴离子交换膜，以及将其应用于在运输装置、电力存储装置、军火工业、航空航天工业等，或用于制氢的低成本水电解装置中所使用的阴离子交换膜的技术尚未具体已知。
因此，本公开的发明人一直致力于扩大具有优异的热稳定性和化学稳定性以及机械性能的芳香族聚合物类的离子交换膜的应用。结果，他们合成了具有交联结构、在聚合物骨架中不具有芳基醚键并且在重复单元中引入哌啶鎓基团的芳香族基于聚芴的共聚物，并且发现由其制备的阴离子交换膜具有优异的机械强度、保水能力和耐久性。因此，他们注意到阴离子交换膜可以应用于碱性燃料电池、水电解、二氧化碳还原、金属空气电池等，并完成了本公开。
[相关技术的参考]
[专利文献]
专利文献1：韩国专利公开号：10-2018-0121961。
专利文献2：国际专利公开号：WO 2019/068051。
专利文献3：中国专利公开号：CN 106784946。
专利文献4：中国专利公开号：CN 108164724。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种具有优异机械强度、保水能力和耐久性的基于聚芴的交联共聚物，以及由其制备的具有交联结构的阴离子交换膜。
本公开还涉及将具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜应用于碱性燃料电池、水电解、二氧化碳还原、金属空气电池等。
技术方案
本公开提供了一种基于聚芴的交联共聚物，其选自具有由化学式1至化学式5表示的交联结构的共聚物：化学式1
化学式2
化学式3
化学式4
化学式5
在化学式1至化学式5中，芳基-1和芳基-2各自独立地选自芴基(fluorenyl)、苯基(phenyl)、联苯基(biphenyl)、三联苯基(terphenyl)和四联苯基(quaterphenyl)，芳基-1和芳基-2中的至少一个是芴基，
R是H或CH3，
x表示交联度，
表示铵类交联剂，以及
n是从1至15的整数。
在化学式1至化学式5中，x(交联度)为5-20％。
在化学式1至化学式5中，(铵类交联剂)是具有至少一个铵阳离子的多铵化合物。
本公开还提供了一种制备基于聚芴的交联共聚物的方法，该方法包括：(I)通过将引入哌啶的基于聚芴的嵌段共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；(II)通过向聚合物溶液中加入铵类交联剂溶液并搅拌以得到混合物溶液的步骤；(III)通过使混合物溶液与过量的甲基碘反应以形成季哌啶鎓盐(quaternary piperidinium salt)的步骤；和(IV)通过沉淀、洗涤和干燥形成有季哌啶鎓盐的聚合物溶液以获得固相聚合物的步骤。
步骤(I)中的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。
步骤(II)中的铵类交联剂是具有至少一个铵阳离子的多铵化合物。
本公开还提供了一种具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，其是由基于聚芴的交联共聚物而获得的。
本公开还提供了一种制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，该方法包括：(a)通过将基于聚芴的交联共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；(b)通过过滤聚合物溶液，浇注在玻璃板上，然后将其干燥以获得膜的步骤；和(c)通过将所获得的膜浸入1M NaOH溶液中以将抗衡离子(counterions)转化为OH-离子的步骤。
步骤(a)中的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。
步骤(a)的聚合物溶液的浓度为2-30wt％。
步骤(b)的干燥是通过在80-90℃的烘箱持续24小时以缓慢除去有机溶剂，然后在120-150℃的真空烘箱中加热24小时以完全除去有机溶剂来进行的。
本公开还提供了一种用于碱性燃料电池的膜电极组件，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
本公开还提供了一种碱性燃料电池，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
本公开还提供了一种水电解装置，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
有益效果
根据本公开，一种具有交联结构的阴离子交换膜，其由具有交联结构、在聚合物骨架中不具有芳基醚键并且在重复单元中引入哌啶鎓基团的芳香族基于聚芴的嵌段共聚物制备的，其具有优异的热稳定性和化学稳定性和机械性能以及高的持水能力、离子电导率和耐久性，并表现出优异的分散相。
此外，本公开的具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜可应用于碱性燃料电池、水电解装置、二氧化碳还原、金属空气电池。
附图说明
图1示出了测量实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的尺寸稳定性的结果。
图2(a)示出了在干燥状态下测量实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的机械性能的结果，图2(b)示出了在潮湿状态下测量实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜的机械性能的结果。
图3示出了实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的离子电导率。
图4示出了实施例1-3和比较例2中制备的阴离子交换膜的离子通道尺寸和相分离度。
图5(a)-5(d)示出了评估碱性稳定性的结果。图5(a)示出了实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在1M NaOH溶液中长时间暴露于80℃后的剩余离子电导率，图5(b)示出了实施例1制备的阴离子交换膜在1MNaOH溶液中于80℃暴露1200小时后的1H NMR谱图；图5(c)示出了实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在1M NaOH溶液中于80℃暴露1200小时后的机械性能，并且图5(d)示出了在实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在以下暴露前和暴露后的相分离度：在1M NaOH溶液中于80℃暴露1200小时。
图6示出了实施例1-3和比较例2中制备的阴离子交换膜的燃料电池性能。
具体实施方式
以下，将详细描述根据本公开的新型基于聚芴的交联共聚物、制备其的方法以及使用其的碱性燃料电池用阴离子交换膜。
本公开提供了一种基于聚芴的交联共聚物，其选自具有由化学式1至化学式5表示的交联结构的共聚物。
化学式1
化学式2
化学式3
化学式4
化学式5
在化学式1至化学式5中，芳基-1和芳基-2各自独立地选自由芴基、苯基、联苯基、三联苯基和四联苯基，芳基-1和芳基-2中的至少一个是芴基，
R是H或CH3，
x表示交联度，
表示铵类交联剂，以及
n是从1至15的整数。
本公开的发明人已经在先前申请的专利(韩国专利公开号10-2021-0071810)中公开了一种新型的基于聚芴的共聚物离聚物、阴离子交换膜及制备其的方法。
在本公开中，通过将基于聚芴的共聚物与具有至少一个铵阳离子的化合物交联，制备了具有选自化学式1至化学式5表示的交联结构的新型基于聚芴的交联共聚物。
本公开的发明人试图通过由基于聚芴的交联共聚物制备碱性燃料电池用阴离子交换膜来解决现有的碱性燃料电池用阴离子交换膜的低离子电导率、保水能力和机械性能的问题。
在化学式1至化学式5中，x表示交联度，并且可以用具有至少一个铵阳离子的多铵化合物的量来控制，该多铵化合物用作交联剂。当考虑可以由交联共聚物制备的阴离子交换膜时，交联度可以具体地为5-20％，更具体地为10-20％。如果交联度低于5％，则通过交联对物理性能的改善是微不足道的。并且，如果交联度超过20％，则不能制备阴离子交换膜，因为交联共聚物没有完全溶解在有机溶剂中并且没有发生交联。
本公开还提供了一种具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，其由基于聚芴的交联共聚物获得。
具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜是含有至少一个铵基团的多铵交联膜。它表现出优异的成膜能力、机械性能和化学稳定性，因为它没有芳基醚键，并且在重复单元中引入N-杂环铵和哌啶鎓基团(例如聚亚苯基(polyphenylene)、二甲基哌啶鎓等)。
此外，本公开中使用的铵类交联剂具有高离子电导率和耐久性以及微相分离结构，因为它具有表现出优异稳定性并含有可控数量的铵基团的柔性脂肪族链结构。此外，可以通过调节铵基团之间的烷基间隔物(spacer)的长度来控制多铵交联阴离子交换膜的离子交换性能和形态(morphology)。
此外，与具有常规交联结构的阴离子交换膜相比，根据本公开的多铵交联阴离子交换膜可以表现出显著改善的离子电导率和机械性能，常规交联结构的阴离子交换膜在用疏水交联剂交联后表现出非常低的离子电导率。
特别地，由于根据本公开的多铵交联阴离子交换膜即使在干燥环境下也表现出高的持水能力，因此与现有的阴离子交换膜燃料电池相比，即使在低湿度条件下也可以稳定地操作。此外，由于它表现出高的水蒸气渗透性，因此在材料运输、水分管理和耐久性方面是非常有利的。
本公开还提供了一种制备基于聚芴的交联共聚物的方法，该方法包括：(I)通过将引入哌啶的基于聚芴的嵌段共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；(II)通过向聚合物溶液中加入铵类交联剂溶液并搅拌以得到混合物溶液的步骤；(III)通过使混合物溶液与过量的甲基碘反应以形成季哌啶鎓盐的步骤；和(IV)通过沉淀、洗涤和干燥形成有季哌啶鎓盐的聚合物溶液以获得固相聚合物的步骤。
步骤(I)的引入哌啶的基于聚芴的嵌段共聚物已经通过本公开的发明人在韩国专利公开号10-2021-0071810所公开的方法合成。
步骤(I)中的有机溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺，特别是二甲基亚砜。
步骤(II)的铵类交联剂可以是具有至少一个铵阳离子的多铵化合物。可以使用具有各种烷基间隔物长度的二铵或三铵化合物。更具体地，可以使用4,4’-(丙烷-二基)双(1-(5-溴戊基)-1-甲基哌啶鎓或4,4’-(丙烷二基)双(1-(10-溴癸基)-1-甲基哌啶鎓。
本公开还提供了一种制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，该方法包括：(a)通过将基于聚芴的交联共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；(b)通过过滤聚合物溶液，浇注在玻璃板上，然后将其干燥以获得膜的步骤；和(c)通过将所获得的膜浸入1M NaOH溶液中以将抗衡离子转化为OH-离子的步骤。
步骤(a)中的有机溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。具体地，可以使用二甲基亚砜。
具体地，步骤(a)的聚合物溶液的浓度可以为2-30wt％。如果聚合物溶液的浓度低于2wt％，则成膜能力可能降低。并且，如果其超过30wt％，则膜的物理性质可能由于过高的粘度而恶化。
具体而言，步骤(b)的干燥可通过在80-90℃的烘箱中持续24小时以缓慢除去有机溶剂，然后在120-150℃的真空烘箱中加热24小时以完全除去有机溶剂来进行的。
随后，通过将由步骤(a)-(b)获得的基于聚芴的交联共聚物膜浸入1MNaOH溶液中，可以制备以下的具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜：其中基于聚芴的交联共聚物膜的卤化物形式(I-形式)转化为OH-、Cl-或CO3 2-。
本公开还提供了一种用于碱性燃料电池的膜电极组件，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
本公开还提供了一种碱性燃料电池，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
本公开还提供了一种水电解装置，其包括具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
在下文中，具体参考附图来描述本公开的实施例和比较例。
[制备实施例]PFTM的制备
在将9,9’-二甲基芴(0.2914g，1.5mmol)作为单体和三联苯(3.105g，13.5mmol)以及1-甲基-4-哌啶酮(1.919mL，16.5mmol，1.1eq)作为共聚用单体加入到双颈烧瓶中后，通过加入二氯甲烷(13mL)并通过搅拌溶解单体以形成溶液。将溶液冷却至1℃后，通过向溶液中缓慢添加三氟乙酸(1.8mL，～1.5eq)和三氟甲磺酸(12mL，9eq)的混合物并搅拌混合物24小时，以获得粘性溶液。通过用2M NaOH溶液沉淀粘性溶液，用去离子水洗涤数次，并在80℃的烘箱中干燥，以制备固体形式的聚(芴-共-三联苯N-甲基哌啶)共聚物PFTM(poly(fluorene-co-terphenyl N-methylpiperidine))(产率＝95％)。
[实施例1]x-PFTP-DP-C5-10阴离子交换膜的制备
通过将制备实施例中获得的PFTM溶解在二甲基亚砜中获得5wt％的聚合物溶液。通过将4,4'-(丙烷-二基)双(1-(5-溴戊基)-1-甲基哌啶鎓作为交联剂添加到聚合物溶液中并在80℃下搅拌48小时(交联度调节至10％)，获得混合溶液。然后，通过向混合物溶液中加入过量的甲基碘并进行反应24小时，形成季哌啶鎓盐。接下来，通过用乙酸乙酯沉淀形成的具有季哌啶鎓盐的聚合物溶液，然后洗涤、并在80℃的真空烘箱中干燥24小时来获得固体形式的交联共聚物。
随后，通过将交联共聚物溶解在二甲基亚砜中获得4wt％的聚合物溶液。将获得的聚合物溶液用0.45μm聚四氟乙烯(PTFE)过滤器过滤，然后浇注(casted)在玻璃板上。通过在90℃下干燥浇注溶液24小时以缓慢除去二甲基亚砜，然后在140℃的真空烘箱中干燥以完全除去二甲基亚砜，从而获得具有交联结构(I-形式)的基于聚芴的阴离子交换膜，并将其命名为x-PFTP-DP-C5-10。
将获得的x-PFTP-DP-C5-10从玻璃板上分离并切割成大小为3.5cm x3.5cm后，通过在1M NaOH溶液中浸泡24小时将抗衡离子转化为OH-离子。
[实施例2]x-PFTP-DP-C5-20阴离子交换膜的制备
以与实施例1中相同的方式制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，不同之处在于通过加入4,4’-(丙烷-二基)双(1-(5-溴戊基)-1-甲基哌啶鎓作为交联剂并在80℃下搅拌48小时来获得混合溶液，并且将交联度调节至20％，并且将其命名为x-PFTP-DP-C5-20。
[实施例3]x-PFTP-DP-C10-10阴离子交换膜的制备
以与实施例1中相同的方式制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，不同之处在于通过加入4,4’-(丙烷-二基)双(1-(10-溴癸基)-1-甲基哌啶鎓作为交联剂并在80℃下搅拌48小时获得混合溶液，并且将交联度调节至10％，将其命名为x-PFTP-DP-C10-10。
[比较例1]PFTP阴离子交换膜的制备
在80℃下，通过将制备实施例中获得的PFTM(4g)溶解在二甲基亚砜(40mL)和三氟乙酸(0.5mL)作为共溶剂的混合物中获得聚合物溶液后，将聚合物溶液冷却至室温。随后，通过向聚合物溶液中加入K2CO3(2.5g)和甲基碘(2mL，3eq)并反应48小时，形成季哌啶鎓盐。接下来，通过用乙酸乙酯沉淀聚合物溶液，然后过滤，用去离子水洗涤数次，并在80℃的真空烘箱中干燥24小时，以制备固体形式的聚(芴-共-三联苯N,N-二甲基哌啶鎓)共聚物。
随后，通过将共聚物溶解在二甲基亚砜中来制备3.2wt％的聚合物溶液。随后，用注射器(syringe)收集聚合物溶液并用0.4μm过滤器过滤后，将所得透明溶液浇注在14x21cm的玻璃板上。通过在85℃的烘箱中干燥浇注溶液24小时以缓慢除去溶剂，然后在150℃的真空烘箱中加热24小时以完全除去溶剂而获得无交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜(命名为PFTP)。然后，以与实施例1中相同的方式，通过在1M NaOH溶液中浸渍24小时将抗衡离子转化为OH-离子。
[比较例2]x-PFTP-10阴离子交换膜的制备
以与实施例1相同的方式制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，不同之处在于使用1,6-二溴己烷作为交联剂并且将交联度调节至10％，将其命名为x-PFTP-10。
[测试例]
实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的机械性能、形态、离子交换性能、吸水率、膨胀率、离子电导率、燃料电池性能等通过本公开的发明人在韩国专利公开号10-2021-0071810中描述的方法进行评估和测量。
图1示出了测量实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的尺寸稳定性的结果。
可以看出，实施例1-3中制备的具有交联结构的阴离子交换膜与没有交联结构的阴离子交换膜(例如比较例1)相比，由于含有离子基团的交联剂而显示出提高的离子交换能力。因此，与比较例2中制备的具有常规交联结构的阴离子交换膜相比，显示出略微增加的膨胀(swelling)并表现出相似的吸水率。
图2(a)示出了在干燥状态下测量实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的机械性能的结果，图2(b)示出了在潮湿状态下测量实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜的机械性能的结果。
可以看出，具有交联结构的阴离子交换膜由于其交联结构而与没有交联结构的阴离子交换膜相比，具有增加的拉伸强度和伸长率，并且即使在潮湿状态下也表现出优异的机械性能。
图3示出了实施例1-3和比较例1-2中制备的阴离子交换膜的离子电导率，表1示出了在80℃下的离子交换容量(ion-exchange capacity，IEC)和离子电导率。
[表1]
如图3和表1所示，具有交联结构的阴离子交换膜的离子电导率由于相对高的离子交换容量而没有降低。在60-80℃的正常燃料电池操作条件下，它们表现出相似或更高的离子电导率。
此外，由于它们表现出优异的HCO3 -电导率，因此对现有阴离子交换膜的主要问题的碳酸化(carbonation)不太敏感。
图4(a)-4(d)示出了实施例1-3和比较例2中制备的阴离子交换膜的离子通道尺寸和相分离度。
由于交联剂的离子基团，它们的离子通道尺寸相当于具有交联结构的阴离子交换膜(比较例2)的离子通道尺寸的约1.5倍，并且由于优异的相分离度，它们还显示出约40％的亲水面积。
图5(a)-5(d)示出了评估碱性稳定性的结果。图5(a)示出了实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在1M NaOH溶液中长时间暴露于80℃后的剩余离子电导率，图5(b)示出了实施例1制备的阴离子交换膜在1MNaOH溶液中于80℃暴露1200小时后的1H NMR谱图；图5(c)示出了实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在1M NaOH溶液中于80℃暴露1200小时后的机械性能，并且图5(d)示出了在实施例1和3以及比较例2中制备的阴离子交换膜在以下暴露前和暴露后的相分离度：在1M NaOH溶液中于80℃暴露1200小时。
可以看出，即使在1M NaOH溶液中于80℃暴露1200小时或更长时间后，离子电导率仍保持在90％或更高。
此外，在1H NMR分析中没有观察到新的峰，这表明在碱性环境中没有发生降解。
此外，保持了约80％的机械性能，尽管亲水面积略有下降，但它们仍然表现出超过40％的优异相分离度。
图6示出了实施例1-3和比较例2中制备的阴离子交换膜的燃料电池性能。
当PGM(platinum-group metal，铂族元素金属)用作电极催化剂时，它们在H2-O2(在80℃，0bar)气氛下表现出1.8W cm-2和在1.3bar下表现出2.5W cm-2的非常优异的性能。与传统膜(2.3W cm-2)相比，它们显示出提高的燃料电池性能。
此外，由于具有优异的HCO3 -电导率，因此即使在H2-空气气氛下，它们也表现出1.4W cm-2的优异性能。
因此，根据本公开的具有交联结构的阴离子交换膜，其具有包含至少一个铵基的交联结构，表现出优异的离子交换能力、离子电导率、分散相和机械性能，因此，可以在阴离子交换燃料电池中实现高功率密度和耐久性。
Claims (14)
1.一种基于聚芴的交联共聚物，其选自具有由化学式1至化学式5表示的交联结构的共聚物：
化学式1
化学式2
化学式3
化学式4
化学式5
其中，芳基-1和芳基-2各自独立地选自由芴基、苯基、联苯基、三联苯基和四联苯基组成的组，芳基-1和芳基-2中的至少一个是芴基，
R是H或CH3，
x表示交联度，
表示铵类交联剂，以及
n是从1至15的整数。
2.根据权利要求1所述的基于聚芴的交联共聚物，其中，在化学式1至化学式5中，交联度x为5-20％。
3.根据权利要求1所述的基于聚芴的交联共聚物，其中，在化学式1至化学式5中，所述铵类交联剂是具有至少一个铵阳离子的多铵化合物。
4.一种制备基于聚芴的交联共聚物的方法，包括：
(I)通过将引入哌啶的基于聚芴的嵌段共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；
(II)通过向所述聚合物溶液中加入铵类交联剂溶液并搅拌以得到混合物溶液的步骤；
(III)通过使所述混合物溶液与过量的甲基碘反应以形成季哌啶鎓盐的步骤；和
(IV)通过沉淀、洗涤和干燥形成有所述季哌啶鎓盐的聚合物溶液以获得固相聚合物的步骤。
5.根据权利要求4所述的制备基于聚芴的交联共聚物的方法，其中，所述步骤(I)中的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求4所述的制备基于聚芴的交联共聚物的方法，其中，所述步骤(II)中的所述铵类交联剂是具有至少一个铵阳离子的多铵化合物。
7.一种具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜，其是根据权利要求1-3中任一项所述的基于聚芴的交联共聚物而获得的。
8.一种制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，包括：(a)通过将权利要求1-3中任一项所述的基于聚芴的交联共聚物溶解在有机溶剂中以获得聚合物溶液的步骤；(b)通过过滤所述聚合物溶液，浇注在玻璃板上，然后将其干燥以获得膜的步骤；和(c)通过将所获得的膜浸入1M NaOH溶液中以将抗衡离子转化为OH-离子的步骤。
9.根据权利要求8所述的制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，其中，所述步骤(a)中的所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。
10.根据权利要求8所述的制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，其中，所述步骤(a)的所述聚合物溶液的浓度为2-30wt％。
11.根据权利要求8所述的制备具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜的方法，其中，所述步骤(b)的所述干燥是通过在80-90℃的烘箱持续24小时以缓慢除去所述有机溶剂，然后在120-150℃的真空烘箱中加热24小时以完全除去所述有机溶剂来进行的。
12.一种用于碱性燃料电池的膜电极组件，包括根据权利要求7所述的具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
13.一种碱性燃料电池，包括根据权利要求7所述的具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
14.一种水电解装置，包括根据权利要求7所述的具有交联结构的基于聚芴的阴离子交换膜。
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