專利名稱：磺化聚(芳醚)共聚物及相關(guān)聚合電解質(zhì)膜和燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磺化聚(芳醚)共聚物及其制造方法，以及用于燃料電池的使用該磺 化聚(芳醚)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜。
背景技術(shù)：
燃料電池是能量轉(zhuǎn)換裝置，其通過(guò)作為燃料的氫氣或甲醇和作為氧化劑的氧氣或 空氣的電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。燃料電池可包含燃料電極(陽(yáng)極)、氧電極(陰 極)和安置在兩電級(jí)間的電解質(zhì)膜。這種結(jié)構(gòu)稱為膜電極組件。在該組件中，電解質(zhì)膜可 促進(jìn)燃料電極產(chǎn)生的氫離子到氧電極(氫離子的傳導(dǎo)性高)的輸送，且可以作為阻止燃料 與氧氣混合的隔離物(對(duì)水合作用的尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)且甲醇滲透率低)。這種聚合物電解質(zhì)膜(PEM)可分為氟化PEM和碳?xì)漕怭EM。碳?xì)漕愲娊赓|(zhì)膜可以 諸如聚酰亞胺(PI)、聚砜(PSU)、聚醚酮(PEK)、聚亞芳醚砜(PAEQ等聚合物制造。同氟化 電解質(zhì)膜相比，碳?xì)漕愲娊赓|(zhì)膜具有低制造成本和相對(duì)好的熱穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)。一方面，為了向碳?xì)漕愲娊赓|(zhì)膜提供與氟化電解質(zhì)膜氫離子可比的氫離子傳導(dǎo) 性，可以將親水離子基團(tuán)如磺酸基等引入碳?xì)漕愲娊赓|(zhì)膜。然而，由于水分導(dǎo)致過(guò)度膨脹， 這類親水離子基團(tuán)的引入會(huì)使膜的機(jī)械性能退化，而且還會(huì)降低膜的穩(wěn)定性從而導(dǎo)致磺化 樹(shù)脂部分的洗提問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)共價(jià)鍵合將交聯(lián)結(jié)構(gòu)引入原料樹(shù)脂，從而降低電解 質(zhì)膜的水溶性，進(jìn)而抑制樹(shù)脂的洗提，或者可以通過(guò)將磺酸基引入聚合物的支鏈而不是聚 合物的主鏈從而提高聚合物鏈的流動(dòng)性，進(jìn)而改善氫離子的傳導(dǎo)性。然而，這些方法中存在 如下缺點(diǎn)氫離子傳導(dǎo)性不合要求地低，在交聯(lián)方法中，大聚合物的交聯(lián)合成上具有困難， 使用交聯(lián)聚合物的膜制造工藝也困難，由于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的提高使聚合物 的流動(dòng)性降低，從而使膜的機(jī)械性能不足等。
背景技術(shù)：
中公開(kāi)的上述信息僅用于幫助理解本發(fā)明的背景，因此其可以包含不構(gòu) 成為本技術(shù)領(lǐng)域人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種新型聚(芳醚)共聚物。本發(fā)明優(yōu)選的聚合物可提供符 合要求的機(jī)械性能和優(yōu)異的氫離子傳導(dǎo)性。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供制造上述共聚物的方法。本發(fā)明另一實(shí)施方式提供使用上述共聚物的聚合物電解質(zhì)膜。本發(fā)明另一實(shí)施方式提供一種聚(芳醚)共聚物，其由分子式1表示
[分子式1]
權(quán)利要求
1. 一種聚(芳醚)共聚物，由分子式1表示 分子式1其中，R是氫原子或磺酸基-S031T，M+是陽(yáng)離子，Ar1各自獨(dú)立地表示從由下面分子式如組成的組中選取的一個(gè)或兩個(gè)以上取代基； 分子式4a
2. 一種聚(芳醚)共聚物，由分子式2表示 分子式2
3. 一種磺化聚(芳醚)共聚物，由分子式3表示 分子式3
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的聚(芳醚)共聚物，其中所述共聚物 是無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的聚(芳醚)共聚物，其中Χ在0.1 0.9范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的聚(芳醚)共聚物，其中Χ在0.2 0. 8范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的聚(芳醚)共聚物，其中重均分子量 在10000 1000000范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的聚(芳醚)共聚物，其中重均分子量 在30000 800000范圍內(nèi)。
9. 一種制造權(quán)利要求3所述的磺化聚(芳醚)共聚物的方法，該方法包含以下步驟a)使2，2’_雙(2-羥基-5-聯(lián)苯基)丙烷、從由下面分子式4b組成的組中選取的一種 或兩種以上單體以及從由下面分子式恥組成的組中選取的一種或兩種以上單體共聚合， 以及b)將磺酸基引入已共聚合的聚合物中，分子式4b
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚(芳醚)共聚物的制造方法，其中進(jìn)行使所述單體共聚 合的步驟a)，從而使從由分子式4b組成的組中選取的一種或兩種以上單體2，2’ -雙(2-輕 基-5-聯(lián)苯基)丙烷從由分子式恥組成的組中選取的一種或兩種以上單體的當(dāng)量比為 1 0. 05 0. 95 0. 05 0. 95。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚(芳醚)共聚物的制造方法，其中進(jìn)行使所述單體共聚合的步驟a)，從而使從由分子式4b組成的組中選取的一種或兩種以上單體2，2’ -雙(2-輕 基-5-聯(lián)苯基)丙烷從由分子式恥組成的組中選取的一種或兩種以上單體的當(dāng)量比為 1 0. 2 0. 8 0. 2 0. 8。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚(芳醚)共聚物的制造方法，其中在從由二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二氯甲烷、三氯甲 燒、四氫呋喃、苯、甲苯和二甲苯組成的組中選取的一種或兩種以上溶劑的存在下，進(jìn)行使 所述單體共聚合的步驟a)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚(芳醚)共聚物的制造方法，包含以下步驟a)使所述單體共聚合；a-Ι)氧化所述共聚物；以及b)將所述磺酸基引入所述被氧化的共聚物中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚(芳醚)共聚物的制造方法，其中通過(guò)使用從由濃硫酸，氯磺酸，發(fā)煙硫酸和發(fā)煙硫酸磷酸三乙酯鹽組成的組中選取的 一種或兩種以上磺酸化合物，進(jìn)行將所述磺酸基引入所述已共聚合的聚合物中的步驟b)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述聚(芳醚)共聚物的制造方法，其中將所述磺酸基引入所述已共聚合的聚合物中的步驟b)是在0 100°C的溫度范圍進(jìn)行的。
16.一種聚合物電解質(zhì)膜，其包含權(quán)利要求3的具有磺酸基的磺化聚(芳醚)共聚物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中所述聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)一步包含從由聚酰亞胺、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜、聚苯 并咪唑、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚三氟苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚氨酯以及支鏈 磺化聚砜酮共聚物組成的組中選取的至少一種聚合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中所述聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)一步包含從由二氧化硅、二氧化鈦、無(wú)機(jī)磷酸、磺化二氧化硅、 磺化氧化鋯以及磺化磷酸鋯組成的組中選取的一種或兩種以上無(wú)機(jī)材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的聚合物電解質(zhì)膜，其中 所述電解質(zhì)膜是用于燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜。
20.一種膜-電極組件，包含權(quán)利要求19所述的聚合物電解質(zhì)膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及磺化聚(芳醚)共聚物及相關(guān)聚合電解質(zhì)膜和燃料電池。本發(fā)明提供一種磺化聚(芳醚)共聚物及其制造方法，以及用于燃料電池的使用該磺化聚(芳醚)共聚物的聚合物電解質(zhì)膜。
文檔編號(hào)C08G65/48GK102086264SQ201010572218
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者李周浩, 趙基允, 金東一, 黃仁哲 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東進(jìn)世美肯, 現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社