具有高质子传导率与稳定性的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115224333A(43)申请公布日2022.10.21(21)申请号202210897938.2(22)申请日2022.07.28(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市潮王路18号浙江工业大学(72)发明人黄菲薛立新朱泰忠高从堦(74)专利代理机构杭州天正专利事务所有限公司33201专利代理师朱思兰(51)Int.Cl.H01M8/1016(2016.01)H01M8/1044(2016.01)H01M8/1069(2016.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称具有高质子传导率与稳定性的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有高质子传导率与稳定性的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜及其制备方法，本发明质子交换膜由季铵化聚苯并咪唑、磷酸和水组成；所述季铵化聚苯并咪唑是指季铵阳离子侧链接枝的聚苯并咪唑，其中聚苯并咪唑由3,3'‑二氨基联苯胺与二羧酸单体聚合而成，季铵阳离子侧链通过季铵盐接枝改性引入；本发明所制备的凝胶型质子交换膜兼具高磷酸掺杂水平、高质子传导率、酸保留能力和稳定性，且制备工艺简单可行、减少有机溶剂的使用，易于规模化生产，适用于质子交换膜燃料电池，具有良好的商业应用前景。CN115224333ACN115224333A权利要求书1/2页1.一种季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜，其特征在于，由季铵化聚苯并咪唑、磷酸和水组成；所述季铵化聚苯并咪唑是指季铵阳离子侧链接枝的聚苯并咪唑，其中聚苯并咪唑由3,3'‑二氨基联苯胺与二羧酸单体聚合而成，季铵阳离子侧链通过季铵盐接枝改性引入；所述季铵盐的结构式如下：其中：X为氯或溴；n＝2～6；R为甲基或乙基；Y—为氯离子或溴离子。2.如权利要求1所述的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜，其特征在于，所述二羧酸单体选自：间苯二甲酸、对苯二甲酸、2,5‑二羟基对苯二甲酸中的一种或几种。3.如权利要求1所述的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜，其特征在于，所述季铵盐选自：2‑溴乙基三甲基溴化铵、3‑溴丙基三甲基溴化铵、4‑溴丁基三甲基溴化铵、5‑溴戊基三甲基溴化铵、6‑溴己基三甲基溴化铵、2‑氯乙基三甲基氯化铵、3‑氯丙基三甲基氯化铵、4‑氯丁基三甲基氯化铵、5‑氯戊基三甲基氯化铵、6‑氯己基三甲基氯化铵、2‑溴乙基三乙基溴化铵、3‑溴丙基三乙基溴化铵、4‑溴丁基三乙基溴化铵、5‑溴戊基三乙基溴化铵、6‑溴己基三乙基溴化铵等中的一种或几种。4.如权利要求1所述的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在惰性气氛中，3,3'‑二氨基联苯胺与二羧酸单体在多聚磷酸中进行高温缩合，得到聚苯并咪唑聚合物溶液；所述高温缩合的温度为190～220℃，时间为12～24h；(2)将步骤(1)得到的聚苯并咪唑聚合物溶液刮涂在玻璃基底上进行相转化，即得初始聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜；(3)将步骤(2)形成的初始聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜先用去离子水浸泡，再用季铵盐溶液浸泡改性，最后用磷酸溶液浸泡，制得所述的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述3,3'‑二氨基联苯胺与二羧酸单体的摩尔比为1：1。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多聚磷酸作为反应溶剂，3,3'‑二氨基联苯胺与二羧酸单体在多聚磷酸中混合后，单体合计质量分数为1～10wt％。7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚苯并咪唑聚合物溶液的刮涂厚度为0.1～0.3mm。8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述用去离子水浸泡在室温下进行，浸泡的时间为2到3天，每24h换一次水。9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述季铵盐溶液的浓度为0.05～0.5mol/L，溶剂为乙醇、甲醇、去离子水、DMAc、DMF中的一种或几种的混合物；季铵盐溶液浸泡改性的温度为25～80℃，时间为12～24h。2CN115224333A权利要求书2/2页10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述磷酸溶液的浓度为70～85wt％，用磷酸溶液浸泡在室温下进行，浸泡的时间为24h。3CN115224333A说明书1/6页具有高质子传导率与稳定性的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及质子交换膜技术领域，具体涉及一种具有高质子传导率与稳定性的季铵化聚苯并咪唑凝胶型质子交换膜及其制备方法。背景技术[0002]氢能具有来源丰富，能量密度高以及清洁无污染等优点，随着人们对于低碳生活和清洁能源的进一步追求，氢能在21世纪人类