專利名稱：硅烷胍基復(fù)合陰離子膜以及制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池及液流儲能電池關(guān)鍵材料領(lǐng)域，具體地說是一種復(fù)合陰離子膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
陰離子膜是一種可以傳導(dǎo)陰離子(0H-、S042_、Cr等)的膜。在電化學(xué)，特別是在堿性燃料電池以及液流儲能電池應(yīng)用方面均具有很多優(yōu)勢。在燃料電池應(yīng)用方面，采用陰離子膜的堿性體系，不但可以使用非貴金屬催化劑，降低成本，而且方便電池水管理[Koichiro Asazawa et al. ,Angew. Chem. 2007,119,8170 ；L. A. Adams et al. , Chem. Sus. Chem. , 2008, 79,1. 2]]。在液流儲能電池應(yīng)用方面，由于陰離子膜具有更好的阻釩能力，庫侖效率高。陰離子膜液流儲能也具有很好的電池能量效率。[Journal of Membrane Science140(1998)195-203 !Materials Science and Engineering B 157(2009)1-5]。目前，陰離子膜，特別是堿性陰離子膜，電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度、耐久性均有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種復(fù)合陰離子膜及其制備方法和應(yīng)用，為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案硅烷胍基復(fù)合陰離子膜，由硅烷胍材料制備而成，所述硅烷胍材料為具有重復(fù)單元的無序體型聚合物構(gòu)成，重復(fù)單元的結(jié)構(gòu)可以相同也可不相同，結(jié)構(gòu)式如下所示
權(quán)利要求
1.硅烷胍基復(fù)合陰離子膜，其特征在于 由硅烷胍材料制備而成，所述硅烷胍材料為具有重復(fù)單元的無序體型聚合物構(gòu)成，重復(fù)單元的結(jié)構(gòu)可以相同也可不相同，結(jié)構(gòu)式如下所示
2.—種權(quán)利要求I所述硅烷胍基復(fù)合陰離子膜的制備方法，其特征在于 所述復(fù)合陰離子膜制備過程包括以下步驟=Vilsmeyer salt的制備、雙胍的制備、硅烷胍離子化反應(yīng)和復(fù)合膜制備； 1)Vilsmeyer salt 的制備 在惰性氣體氣氛下，0°C -20°C下，加入I質(zhì)量份數(shù)的四烷基脲或四烷基硫脲溶于溶劑中，混合均勻后，以O(shè). 1-5滴/s速度滴加O. 1-10質(zhì)量份數(shù)草酰氯入體系中，滴加完后，攪拌10-30min，緩慢升溫至40°C _100°C，回流反應(yīng)O. 5-10小時；除去溶劑，得到淡黃色固體，即為 Vilsmeyer salt ； 2)雙胍的制備 將步驟I)中得到的I摩爾份數(shù)的Vilsmeyer salt溶于溶劑中，緩慢加入干燥的O. 05-5摩爾份數(shù)的二元胺和O. 1-10摩爾份數(shù)的三乙胺混合物；滴加完后，緩慢升溫至40-150°C回流反應(yīng)4小時以上；在強(qiáng)力攪拌下，加入堿水溶液至體系澄清；分離有機(jī)相，除去溶劑、三乙胺，真空干燥，即制備出雙胍； 3)硅烷胍離子化反應(yīng)將I摩爾份數(shù)的鹵烷基硅氧烷，與I摩爾份數(shù)步驟2)制得的雙胍無水條件下混合，200C -100°C反應(yīng)4小時以上； 4)復(fù)合膜制備 將制備的硅烷胍或其溶液噴涂、澆鑄、浸潰或流延到多孔高分子材料上，或?qū)⒅苽涞墓柰殡一蚱淙芤号c高分子材料溶液共混，并在20-100°C干燥4小時以上，20-100°C真空干燥4小時以上；制成的膜厚在O. 1-1500 μ m。
3.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于 所述的四烷基脲或四烷基硫脲為如下結(jié)構(gòu)的一種或者幾種
4.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于 所述溶劑為乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、甲苯中的一種或幾種； 所述的制備雙狐用二兀胺結(jié)構(gòu)式為H2N-CH2-M-CH2-NH2，其中M為A1, A1-A2, A1-A2-A3,A1-A2-A3-A4 . . .，A1-A2-. · · -A99-A100 中的一種；其中 A1, A2, A3, A4, A5. · · A98, A99, A100 為如下結(jié)構(gòu)中一種，η = 0-20 ；
5.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于 所述的制備硅烷胍所用的鹵烷基硅氧烷結(jié)構(gòu)式為
6.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于 所述的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮、聚苯醚或聚苯并咪唑； 高分子材料溶液的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯一種或幾種，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5-50% ； 硅烷胍溶液所用的溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N, N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯乙醇、異丙醇、丁醇、丙二醇、戊醇一種或者幾種，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為.O. 5-100%。
7.按照權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于 將上述制備的膜浸入O. I-IOmoir1的NaOH或KOH水溶液至少4小時進(jìn)行堿化處理，制得堿性陰離子膜。
8.—種權(quán)利要求I所述硅烷胍基復(fù)合陰離子膜作為燃料電池或液流儲能電池的隔膜用于其電池或電堆中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅烷胍基復(fù)合陰離子膜及其制備方法和應(yīng)用，該類膜由具有重復(fù)單元的無序體型硅烷胍類聚合物制備而成，由于含有大量的易傳導(dǎo)陰離子的胍基團(tuán)，同時硅烷的保水能力也提高了膜的離子傳導(dǎo)能力，使膜具有電導(dǎo)率高的特點；硅烷胍與其他非傳導(dǎo)離子介質(zhì)復(fù)合后，具有優(yōu)良的膜尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，提高了膜的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。
文檔編號C08G77/50GK102867971SQ20111018693
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者張華民, 曲超, 張鳳祥, 劉波, 史丁秦, 王曉麗 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司