[发明专利]超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用

说明书

本发明涉及超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用，属于功能材料技术领域；使用高比表面积多孔有机材料作为骨架吸附高沸点酸后制成的高稳定性，高导电率的新型导电材料；上述高比表面积多孔有机材料为聚四苯甲烷(PAF‑1)，高沸点酸包括：98％H₂SO₄，89％H₃PO₄，85％H₃PO₄；具体制备方法包括：在高比表面积的多孔有机材料聚四苯甲烷(PAF‑1)中加入适量的高沸点酸搅拌过夜，在无水无氧的条件下过滤，得到的固体于真空条件下100℃干燥制得最终产物。本发明制备方法工艺简单，产率高，无需使用助剂。该方法制得的新型材料具有超耐高温性，高导电率，可应用于质子交换膜燃料电池中，为燃料电池相关的领域提供了新思路。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体涉及具有超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用，其使用高比表面积多孔有机骨架材料作为骨架，吸附高沸点酸后制成具有超耐高温性，高导电率的多孔芳香骨架化合物。可应用于质子交换膜燃料电池中，为燃料电池相关领域提供了新思路。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有体积小，质量轻，功率密度高，启动快，无噪音，零污染等优点，具有广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池由阳极，阴极，催化剂和质子交换膜等部分组成。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的心脏，它在燃料电池中的作用是双重的：一是作为电解质提供氢离子通道，二是作为隔膜隔离两极反应气体防止它们直接发生作用。其工作原理是：H₂燃料进入阳极，由于电极上带有催化剂，H₂被催化氧化成H⁺和e^-。H⁺通过质子交换膜进入到阳极，与阴极的O₂发生反应，生成H₂O，而电子从阳极到阴极流过，产生电流。因此，在阳极发生的化学反应式如下：

在阴极发生的化学反应如下：

质子交换膜是燃料电池的技术关键，其性能的优劣直接影响着燃料电池的工作性能，成本和应用前景。因此，对于质子交换膜燃料电池的研究已经成为电池研究工作中的热点之一。

目前，无论是燃料为H₂/O₂的PEMFC，还是直接甲醇燃料电池(DMFC)使用的质子交换膜几乎全都是美国Dupont公司生产的Nafion系列膜，尽管Nafion全氟磺酸膜具有机械强度高，化学稳定性好，质子导电率高(较大含水量时)等优点，但成本高，工作温度低等缺点极大地限制了PEMFC的应用，其最佳工作温度为80℃,超过此温度会使其含水量急剧降低，导电率迅速下降，其质子传导很大程度上依赖水份。一旦温度升高至100℃及以上，水份会以水蒸气的形式挥发出来，质子电导率因而也大大下降。局限于这样的现状不适于中温燃料电池(工作温度在120℃-200℃)，因此开发导电性能优良，能在高温无水的条件下工作的新型质子交换膜是现在研究的热门。本发明比较详细地针对全氟磺酸质子交换膜的缺陷，介绍了以H₂SO₄@PAF-1,H₃PO₄@PAF-1为材料的无水高温导电研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备其热稳定性和导电率极高的多孔芳香骨架化合物的方法。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：制备热稳定良好和导电率极高的多孔芳香骨架化合物，包括以下步骤：

(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸点酸，常温搅拌过夜，所述的高沸点酸为98％H₂SO₄、89％H₃PO₄、85％H₃PO₄中的一种；