一种质子交换膜及其制备方法和应用

1.一种质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜包括含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑，以及含朝格尔碱基聚酰亚胺；所述质子交换膜中含朝格尔碱基聚酰亚胺具有微孔结构；所述的质子交换膜按如下制备方法进行制备，所述制备方法包括以下步骤：将含酰亚胺链节的二胺单体通过聚合反应，得到含朝格尔碱基聚酰亚胺，其自具微孔结构，聚合过程中，在体系中加入含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑，进行原位复合，得到所述质子交换膜。 2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑和/或含朝格尔碱基聚苯并噻唑与含朝格尔碱基聚酰亚胺的质量比为1：(1-10)。 3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜的厚度为5-100μm。 4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚酰亚胺具有式Ⅰ所示的结构：其中，R 1 为芳族二酐残基、R 2 为二胺残基，n为10-2000的整数。 5.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于，所述R 1 和R 2 中至少有一个含有朝格尔碱基。 6.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于，所述R 1 选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：其中，虚线表示基团的接入位置。 7.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于，所述R 2 选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：其中，虚线表示基团的接入位置。 8.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于，所述R 1 和R 2 的取代的基团各自独立地选自甲基、甲氧基、卤素、羟基、氰基、杂芳基、杂环烷基和氨基中的任意一种。 9.根据权利要求4所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚酰亚胺包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，n为10-2000的整数。 10.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑和含朝格尔碱基聚苯并噻唑具有式Ⅱ所示的结构：其中，A取代基为-NH，式Ⅱ中结构为聚苯并咪唑；A取代基为-S-，式Ⅱ中结构为聚苯并噻唑；y与x的数目比为(0-9)：1；所述R 3 选自取代或未取代的如下基团中的任意一种：所述R 4 选自取代或未取代的如下基团中的任意一种： 11.根据权利要求10所述的质子交换膜，其特征在于，所述R 3 和R 4 的取代的基团各自独立地选自卤素、-OH、-SO 3 H、-NO 2 、-H 2 PO 4 、未取代或卤代的C1～C10直链或支链烷基中的任意一种。 12.根据权利要求10所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并噻唑包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，m为10-2000的整数。 13.根据权利要求10所述的质子交换膜，其特征在于，所述含朝格尔碱基聚苯并咪唑包括如下化合物中的任意一种或至少两种的组合：其中，m为10-2000的整数。 14.一种权利要求1-13任一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将含酰亚胺链节的二胺单体通过聚合反应，得到含朝格尔碱基聚酰亚胺，其自具微孔结构，聚合过程中，在体系中加入含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑，进行原位复合，得到所述质子交换膜。 15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：将含酰亚胺链节的二胺单体与酸性溶剂、起源剂、含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑混合，进行原位复合，得到所述含朝格尔碱基聚酰亚胺。 16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述酸性溶剂包括三氟乙酸、多聚磷酸或盐酸中的任意一种或至少两种的组合。 17.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述起源剂包括甲醛、多聚甲醛、六亚甲基四胺或二甲氧基甲烷中的任意一种或至少两种的组合。 18.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，反应体系中，所述含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑在整个原位复合体系中的固含量为1％-25％。 19.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述原位复合的温度为-20～50℃。 20.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述原位复合的时间为2-144h。 21.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述原位复合后，还包括静置、冷却和成膜，可选地，所述冷却后进行脱泡。 22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述脱泡的时间为0-60min。 23.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述成膜的温度为60-120℃。 24.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述成膜的时间为2-24h。 25.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将含酰亚胺链节的二胺单体与酸性溶剂、起源剂、含朝格尔碱基聚苯并噻唑和/或含朝格尔碱基聚苯并咪唑混合，在-20～50℃进行2-144h原位复合，再静置、冷却和脱泡，然后在60-120℃下干燥2-24h成膜，得到所述含朝格尔碱基聚酰亚胺。 26.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括权利要求1-13任一项所述的质子交换膜。