[发明专利]一种耐高温复合质子交换膜及其制备方法

说明书

一种耐高温复合质子交换膜，所述复合质子交换膜由聚苯并咪唑与侧链含苄基卤素芳香聚合物复合形成复合交联膜后浸渍磷酸而成；所述含苄基卤素的杂环芳香聚合物于复合交联膜中的质量分数为0.01‑99.99wt％；所述复合质子交换膜中掺杂量的磷酸在复合质子交换膜中的质量分数为1‑99％与现有磷酸掺杂高温质子交换膜相比：侧链含苄基卤素芳香聚合物本身玻璃化转变温度较高，保证复合质子交换膜在高温条件下的稳定性；且其每个分子链上含有多个苄基溴基团，与多个聚苯并咪唑分子链形成共价键，提高复合膜的尺寸稳定性；所述复合质子交换膜具较高的磷酸掺杂水平和良好的机械性能，是一种综合性能优良的高温质子交换膜。本发明制备方法简单，适用性广，便于大规模生产。

技术领域

本发明涉及高温燃料电池复合质子交换膜及其制备方法，特别是一种用聚合物作为交联剂改性聚苯并咪唑制备高温质子交换膜的方法。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转化为电能的电化学转换装置，是21世纪最有竞争力的发电技术之一。在诸多燃料电池系统中，高温质子交换膜燃料电池因其(1)耐CO能力强；(2)系统简单，成为国际燃料电池领域研究、开发的热点。

聚苯并咪唑由于具有较高的玻璃化转变温度，在高温质子交换膜燃料电池领域研究相对成熟。磷酸掺杂聚苯并咪唑膜的电导率随着膜酸掺杂水平的增大而升高，但与此同时由于磷酸的塑化影响，磷酸掺杂聚苯并咪唑膜的稳定性随之变差。化学交联改性磷酸掺杂聚苯并咪唑膜近年来被广泛报道，被认为可以有效降低磷酸塑化和高温环境对机械性能的影响。传统小分子交联剂在改善抗拉伸强度方面具有显著效果，但是降低膜的韧性，限制了磷酸掺杂聚苯并咪唑膜磷酸掺杂含量和质子传导率的提升，不利于高温质子交换膜综合性能的改善。

发明内容

本发明目的在于克服聚苯并咪唑磷酸掺杂膜强度不足，利用大分子交联剂改性聚苯并咪唑磷酸掺杂膜，制备兼具良好机械性能和高质子传导率高温质子交换膜。

一种耐高温复合质子交换膜，所述复合质子交换膜由聚苯并咪唑与含苄基卤素的杂环芳香聚合物复合形成复合交联膜后浸渍磷酸而成；含苄基卤素的杂环芳香聚合物于复合交联膜中的质量分数为0.01-99.99wt％；所述复合质子交换膜中掺杂量的磷酸在复合质子交换膜中的质量分数为1-99％。

所述含苄基卤素的杂环芳香聚合物于复合交联膜中的质量分数为1-50wt％，优选为1-25wt％。

所述的含苄基卤素的杂环芳香聚合物如式Ⅰ所示

式I中，R₁、R₃和R₄结构分别如下中的一种或二种以上：

式I中，R₂结构分别如下中的一种或二种以上：

式I中X为Cl,Br或I中的一种或二种以上，X₁，X₂和X₃分别为H，CH₃，CH₂X或CHX₂中的一种或二种以上；

其中，m为正整数，n,p为自然数，且(m+n+p)大于10，小于10000。

所述的聚苯并咪唑结构如式Ⅱ所示中的一种或二种以上：

其中，n大于100且小于100000。

所述复合质子交换膜的制备方法，包括以下步骤，

1)于极性溶剂A中加入含苄基卤素的杂环芳香聚合物得溶液A，所述含苄基卤素的杂环芳香聚合物于溶液A中的质量分数为0.01-50wt％；