一种碱性聚合物电解质膜及其制备和应用

技术特征：
1.一种碱性聚合物电解质膜，其特征在于：所述的具有高耐碱性的碱性聚合物电解质膜，其为有机高分子聚合物膜，有机高分子聚合物结构为通式i或ii中的一种或二种以上，且其中i＝0-7的整数，m1＝100-14000的整数，m2＝150-10000的整数，n＝50-8000的整数，其中m2与n的比例为9:1-1:4；r为官能团，选自下列结构式中的任何一种或二种，且2≤j≤10，2≤j1≤10，2≤j2≤10，r1、r2、r3分别独立地为-ch3或-ch2(ch2)
a
ch3，其中2≤a≤8：x1、x2分别选自下列结构中的一种或两种以上：
y选自下列结构式中的任何一种或二种以上：2.一种权利要求1所述碱性聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)含哌啶基团主链聚合物的制备于反应器中加入酮单体i、酮单体ii及芳基单体、二氯甲烷、滴加酸催化剂后，反应得到粘稠的溶液；将溶液倒入有机溶剂中使聚合物析出，过滤后用四氢呋喃溶解，再用有机溶剂析出，水或碱溶液洗涤聚合物，过滤后干燥，得到含哌啶基团主链聚合物；步骤(1)中所述酮单体i为n-甲基-4-哌啶酮，酮单体ii为三氟苯乙酮、三氟丙酮、全氟苯乙酮、全氟丙酮、五氟苯甲醛中的一种或两种以上；所述芳基单体为联苯、三联苯、芴、苯
≤10，r1、r2、r3分别各自为-ch3或-ch2(ch2)
a
ch3，其中2≤a≤8，m为-cl、-br、-i中的任意一种：步骤(2)所述官能团化单体的物质的量为所加入的含哌啶主链聚合物中哌啶基团物质的量的0.9-3.0倍；所述反应条件为室温-100℃，反应时间为0.5-144h。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)b中，所述溶剂为dmso、dmf、dmac、nmp中的任意一种或二种以上；所述含哌啶基团主链聚合物在溶剂中的固含量为0.02-0.2g/ml；步骤(2)所述官能团化单体为下述化合物中的任何一种且4≤j≤10，4≤j1≤10，4≤j2≤10，r1、r2、r3分别各自为-ch3或-ch2(ch2)
a
ch3，其中2≤a≤8，m为-cl、-br、-i中的任意一种：步骤(2)所述官能团化单体的物质的量为所加入的含哌啶主链聚合物中哌啶基团物质的量的0.9-3.0倍；所述反应条件为室温-100℃，反应时间为0.5-144h；步骤(2)所述沉淀所用的有机溶剂为乙酸乙酯、异丙醇、乙醚、氯仿中的一种或多种；步骤(2)所述聚合物的干燥条件为常压-真空、室温-120℃，干燥时间为4-48h。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)c中，所用溶剂为水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或两种以上；步骤(2)所述官能团化单体为下述化合物中的任何一种且4≤j≤10，4≤j1≤10，4≤j2≤10，r1、r2、r3分别各自为-ch3或-ch2(ch2)
a
ch3，其中2≤a≤8，m为-cl、-br、-i中的任意一种：
步骤(2)所述热压法制备的膜在官能团化单体溶液中的浓度为0.1-4mol/l，且于官能团化单体溶液中反应进行1-6次。7.根据权利要求2、4、5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的基底材料为聚酰亚胺薄膜、ptfe薄膜、pbi薄膜、kapton中的一种或二种以上；步骤(2)a所述溶液挥发法制备膜中溶剂蒸发采用阶梯升温操作，阶梯升温操作为于30-50℃保持0.5-5h，60-90℃保持0.5-5h，100-130℃保持1-15h；步骤(2)b或c所述热压法制备膜的操作中热压采用阶梯升温操作，压力控制在20pounds-400 pounds/cm2，阶梯升温操作为于80-85℃保持0.1-5h，100-120℃保持0.05-1h，120-200℃保持0.05-0.5h；步骤(3)c所述热压法制备的膜在官能团化单体溶液中的处理条件为室温-160℃，优选室温-100℃，处理时间0.2-48h。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述盐溶液的浓度为0.01-5m，所述盐溶液为nacl溶液、kcl溶液、nabr溶液、kbr溶液、nai溶液、ki溶液中的一种或多种，所述处理条件为室温-100℃，时间1-100h且重复1-5次；所述碱溶液的浓度为0.1m
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3m，所述碱溶液为naoh溶液或koh溶液中的一种或两种。9.一种权利要求1所述碱性聚合物电解质膜在碱性聚合物燃料电池或碱性聚合物水电解或二氧化碳电还原的应用。

技术总结
本发明公开了一种碱性聚合物电解质膜及其制备和应用，其利用聚合物分子链可设计性，在主链中不含有吸电子基团，而且同时包含疏水段和亲水段，建立微观相分离结构，官能团局限于亲水段，水分子将官能团阳离子溶剂化，同时，在侧链引入的季铵离子周边不存在吸电子基，减缓官能团的化学降解，保证碱性膜的离子传输能力。本发明得到的聚合物制备工艺简单，可应用于碱性聚合物电解质膜燃料电池、碱性聚合物电解质膜水电解、电渗析、锌空气电池等电化学器件。件。件。


技术研发人员：王素力 李晋源 孙公权
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2020.12.15
技术公布日：2022/6/16