一种质子交换膜及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116014197A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310013753.5H01M8/1081(2016.01)(22)申请日2023.01.05H01M8/1072(2016.01)C08J5/22(2006.01)(71)申请人中国科学院过程工程研究所C08L79/08(2006.01)地址100190北京市海淀区中关村北二街1C08L79/04(2006.01)号C08L81/00(2006.01)申请人江苏冰城氢能科技有限公司C08G73/18(2006.01)(72)发明人庄永兵代俊明钟建铭张宇C08G75/32(2006.01)陆英杰朱浩万印华C08G73/10(2006.01)(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332专利代理师刘二艳(51)Int.Cl.H01M8/1044(2016.01)H01M8/103(2016.01)H01M8/1032(2016.01)权利要求书5页说明书12页(54)发明名称一种质子交换膜及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种质子交换膜及其制备方法和应用，所述质子交换膜包括含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑，以及含朝格尔碱基聚酰亚胺；所述质子交换膜中含朝格尔碱基聚酰亚胺具有微孔结构。本发明所述的质子交换膜具有良好的机械性能及尺寸稳定性，弥补了聚酰亚胺高温下易水解及溶解性不佳等缺陷。同时，所述质子交换膜的磷酸吸收量高从而表现出较高的质子电导率，高温质子电导率高，适用于燃料电池。CN116014197ACN116014197A权利要求书1/5页1.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜包括含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑，以及含朝格尔碱基聚酰亚胺；所述质子交换膜中含朝格尔碱基聚酰亚胺具有微孔结构。2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜由含朝格尔碱基聚酰亚胺在共聚时，同时与含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑共混得到；优选地，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑与含朝格尔碱基聚酰亚胺的质量比为1：(1‑10)；优选地，所述质子交换膜的厚度为5‑100μm。3.根据权利要求1或2所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚酰亚胺具有式Ⅰ所示的结构：其中，R1为芳族二酐残基、R2为二胺残基，n为10‑2000的整数；优选地，所述R1和R2中至少有一个含有朝格尔碱基；优选地，所述R1选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：其中，虚线表示基团的接入位置；优选地，所述R2选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：2CN116014197A权利要求书2/5页其中，虚线表示基团的接入位置；优选地，所述R1和R2的取代的基团各自独立地选自甲基、甲氧基、卤素、羟基、氰基、杂芳基、杂环烷基和氨基中的任意一种。4.根据权利要求1‑3任一项所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚酰亚胺包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，n为10‑2000的整数。3CN116014197A权利要求书3/5页5.根据权利要求1‑4任一项所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑和含朝格尔碱基聚苯并噻唑具有式Ⅱ所示的结构：其中，A取代基为‑NH，式Ⅱ中结构为聚苯并咪唑；A取代基为‑S‑，式Ⅱ中结构为聚苯并噻唑；y与x的数目比为(0‑9)：1；优选地，所述R3选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：优选地，所述R4选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：优选地，所述R3和R4的取代的基团各自独立地选自卤素、‑OH、‑SO3H、‑NO2、‑H2PO4、未取代或卤代的C1～C10直链或支链烷基中的任意一种。6.根据权利要求1‑5任一项所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并噻唑包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：4CN116014197A权利要求书4/5页其中，m为10‑2000的整数。优选地，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，m为10‑2000的整数。7.一种权利要求1‑6任一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将含酰亚胺链节的二胺单体通过聚合反应，得到含朝格尔碱基聚酰亚胺，其自具微孔结构，聚合过程中，在体系中加入含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑，进行原位复合，得到所述质子交换膜。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：将含酰亚胺链节的二胺单体与酸性溶剂、起源剂、含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑混合，进行原位复合，得到所述含朝格尔碱基聚酰亚胺；优