专利名称：新的两亲性嵌段共聚物、其制造方法和使用其的聚合物电解质膜的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种用于燃料电池的电解质膜。更特别地，本发明涉及新的两亲性嵌段共聚物、其制备方法和使用该两亲性嵌段共聚物的聚合物电解质膜。
背景技术：
作为用于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)的电解质膜，典型地使用含氟电解质膜。尽管含氟电解质膜具有高的化学和机械稳定性，并且显示优异的离子导电性，由于复杂的制造工艺制造成本很高，并且它们在高于80°C的温度下显示显著的性能劣化。因此，已经报道了烃电解质膜，诸如PAES、sPEEK、sPPBP、PI等。然而，需要大量的亲水基团来改善离子导电性，这可以由于膜的高含水性而引起尺寸稳定性的问题。低尺寸稳定性对膜电极组件(MEA)的制造工艺和其长期稳定性有不利作用。因此，提出了嵌段共聚物聚合物电解质膜。嵌段共聚物即使在低含水量下也显示高的离子导电性和优异的尺寸稳定性。Nafion膜(Dupont)最常用作质子交换膜(PEM)并且具有高的氢离子导电性和优异的化学稳定性。已知此高氢离子导电性来自亲水和疏水基团的微相分离。然而，制造成本高并且它们在高于80°C的温度下显示显著的性能劣化。具体地，在聚合物电解质膜燃料电池在高于100°C的高温下运转的情况下，⑴钼催化剂对杂质的耐受性增加，(2)氧化和还原电极的反应率增加，⑶容易对燃料电池中的水进行管理，以及⑷简化了冷却系统。 因此，在本领域中迫切地需要开发高温聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)。为此，对使用具有优异的热和机械稳定性的工程塑料的磺化聚(醚醚酮)、磺化聚(亚芳基醚砜)等的广泛研究已经在不断地进行以开发可以在高温下运转的电解质膜。然而，在使用这些工程塑料的情况下，亲水和疏水组分之间的微相分离需要形成离子通道，这不令人满意。因此，本发明的发明人尝试开发一种可替代的电解质膜，其可以解决上述问题，并且结果，已经开发了新的两亲性嵌段共聚物、和包括该两亲性嵌段共聚物的用于燃料电池的电解质膜。在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此其可能含有不形成在本国为本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种新的两亲性嵌段共聚物，其被设计为具有适当高的氢离子导电性并且显示优异的机械性能，本发明还提供制备该两亲性嵌段共聚物的方法和使用该两亲性嵌段共聚物的聚合物电解质膜。在优选的实施方式中，本发明提供一种含有聚(亚芳基砜醚酮)(PSEK)作为疏水组分和聚(磺化苯乙烯-丙烯腈共聚物)(PSSAN)作为亲水组分的两亲性嵌段共聚物。在特别优选的方面，本发明提供了一种两亲性嵌段共聚物，其包含具有由下面通式1代表的结构的疏水组分和具有由下面通式2代表的结构的亲水组分
权利要求
1. 一种嵌段共聚物，包括至少一种具有由下面通式1代表的结构的疏水组分和至少一种具有由下面通式2所代表的结构的亲水组分 [通式1]其中P、m和r独立地为整数，且m大于r (m > r)。
2.如权利要求1所述的嵌段共聚物，其中相对于100质量份所述疏水组分，所述亲水组分的含量为50-300质量份。
3.如权利要求2所述的嵌段共聚物，其中相对于100质量份所述疏水组分，所述亲水组分的含量为250-300质量份。
4.如权利要求1所述的嵌段共聚物，其中磺化度为1_10%。
5.一种制备两亲性嵌段共聚物的方法，所述方法包括 将聚(亚芳基砜醚酮)(PSEK)改性为PSEK大分子引发剂；通过将所述PSEK大分子引发剂与苯乙烯和丙烯腈共聚来合成PSEK-b-聚(苯乙烯-丙烯腈共聚物)(PSEK-b-PSAN)嵌段共聚物；和将所述PSEK-b-PSAN嵌段共聚物磺化。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述PSEK至所述PSEK大分子引发剂的改性包括 用由丁氧羰基(Boc)保护的胺基取代所述PSEK的端基；去除所述保护的丁氧羰基(Boc)；以及将溴引入至所述端基中。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述PSEK-b-PSAN嵌段共聚物的合成包括 混合和搅拌苯乙烯、丙烯腈和Me6TREN ；以及将所述PSEK大分子引发剂加入至待聚合的搅拌溶液中。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述PSEK-b-PSAN嵌段共聚物的磺化包括 在二氯甲烷中溶解所述PSEK-b-PSAN嵌段共聚物；以及将所述二氯甲烷与乙酰基硫酸酯混合。
9.一种聚合物电解质，包括如权利要求1所述的共聚物。
10.一种聚合物电解质膜，包括如权利要求9所述的聚合物电解质。
全文摘要
本发明提供一种两亲性嵌段共聚物、制备其的方法和使用其的燃料电池膜。根据优选的实施方式，该两亲性嵌段共聚物可以含有作为疏水组分的聚(亚芳基砜醚酮)(PSEK)和作为亲水组分的聚(磺化苯乙烯-丙烯腈共聚物)(PSSAN)。根据其他优选的实施方式，使用该两亲性嵌段共聚物制造的聚合物电解质膜具有的特定优势在于，即使在高于100℃的高温下，氢离子导电性不降低而是增加，并且热和化学尺寸稳定性优异。
文档编号H01M8/02GK102161737SQ201010504310
公开日2011年8月24日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年2月16日
发明者曹元镐, 权洛显, 金泰安, 黄仁哲 申请人:现代自动车株式会社, 首尔大学校产学协力团