本技术介绍了一种新型位阻支化型聚苯并咪唑碱性离子溶剂膜,该技术属于能源转化领域。通过在聚合反应中引入位阻型二羧酸单体、支化芳基三羧酸或四羧酸单体以及联苯四胺,辅以亲碱性二羧酸单体,合成了一系列创新的位阻支化型聚苯并咪唑。将这些聚合物成膜并掺碱处理,制得高性能的碱性离子溶剂化膜。这些膜可广泛应用于碱性锌空电池、氨燃料电池和二氧化碳电还原等新能源装置,显示出广阔的应用前景。
背景技术
化石燃料的大量使用,导致化石燃料资源日益枯竭,并引发了严重的能源危机和环境问题。随着可持续发展的理念深入人心,开发绿色环保、可再生、低碳的能源逐渐成为国际社会的共识,并导致全球能源技术正经历重大变革。
氢能作为一种来源广泛、绿色低碳、安全高效且可再生的新能源,凭借较高的能量密度和转化效率,逐渐成为全世界能源转型发展的重要抓手。电解水制取氢气工艺作为重要的绿色制氢技术,利用可再生能源转化的电力制氢,未来具有广阔的市场前景。其中,碱性电解水是目前较为成熟且商业化程度较高的制氢技术之一,具有较好的经济效益。
隔膜在碱性电解水器件中发挥着重要的作用。理想的隔膜需要具有高的氢氧气体阻隔效率、高的离子传导能力和优异的耐碱稳定性。早期的隔膜采用具有良好耐碱稳定性的聚苯硫醚(PPS),但存在离子传导率低以及气体交叉风险大等问题。虽然,具有致密结构的阴离子交换膜(AEM)可以实现电解槽零间距的构造,但是其离子传导率和耐碱稳定性依然是目前难以克服的难题。离子溶剂化膜结合了早期隔膜和阴离子交换膜的优点,分子结构中不含有季铵盐基团,具有较强的耐碱稳定性,能够在强碱电解质环境下运行。
聚苯并咪唑(PBI)分子主链中含有苯并咪唑重复单元可以被碱性电解质去质子化,吸收碱液实现离子传输,同时其具有高机械稳定性和热稳定性,是碱性离子溶剂膜的理想材料之一。但是,高浓度的碱性环境会造成咪唑环开环降解,因此,需进一步提高其化学稳定性。同时,聚苯并咪唑基离子溶剂化膜的电导率依然不理想导致器件性能偏低,因此,进行聚苯并咪唑分子结构设计,使其吸收较多电解质促进离子传输,对于发展碱性离子溶剂化膜具有重要意义。
实现思路