[发明专利]一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜及其制备方法。本发明所提供的燃料电池质子交换膜主要以壳聚糖和磷硅玻璃为原料。其制备的方法是通过分别制备壳聚糖溶液和磷硅玻璃溶液或者磷硅玻璃粉末，然后将磷硅玻璃溶液或者粉末掺杂到壳聚糖溶液中充分搅拌均匀，得到混合溶液。将溶液倒至于聚四氟乙烯模盘中，干燥后剥离即得到磷硅玻璃掺杂壳聚糖高温质子交换膜。本发明原料价格低廉，制备工艺简单，反应条件比较温和，并且制备得到的质子交换膜在高温低湿度甚至无水条件下仍具有较高的质子电导率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一类以质子交换膜作为电解质的燃料电池体系，而质子交换膜是燃料电池的核心部件，对电池性能与寿命起到决定性的作用。用于PEMFC的质子交换膜需要具有高的H⁺传导能力，还需要在高温低湿工作条件下具有良好的质子电导率和一定的机械强度。

目前常用的质子交换膜材料有全氟磺酸聚合物、聚芳醚酮、聚醚醚酮、壳聚糖和聚酰胺等聚合物。其中基于壳聚糖的质子交换膜的研究得到了越来越多的关注，这是因为壳聚糖广泛存在于蟹壳和虾壳中，为甲壳素脱乙酰基的产物，具有低毒、生物相容性、可降解性等优点，壳聚糖成膜工艺简单，成本低。另外，壳聚糖分子上的环状结构保证了壳聚糖膜的热化学稳定性，以及足够的力学性能。壳聚糖单体上存在羟基和氨基，表明壳聚糖膜具有制备成高性能质子膜的潜力。但是，研究表明未经交联和改性的壳聚糖干膜在室温下的质子传导率仅为10^-9S·cm^-1，相当于绝缘材料。因此需要对其进行改性处理，提高其质子电导率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜的制备方法，能够提高壳聚糖干膜的质子传导率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜的制备方法，将正硅酸乙酯、盐酸和磷酸水溶液混合均匀得到磷硅玻璃溶液，将磷硅玻璃溶液与壳聚糖溶液进行混合后放入冰水浴中搅拌获得溶胶，将获得的溶胶放入模具中进行热处理、干燥获得膜材料，再采用碱性溶液洗涤膜材料获得耐水膜材料即为磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜。

本发明的目的之二是提供另一种磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜的制备方法，将正硅酸乙酯、盐酸和磷酸水溶液混合均匀得到的磷硅玻璃溶液放入冰水浴静置，再进行干燥、粉碎获得磷硅玻璃粉末，然后将磷硅玻璃粉末加入至质子酸改性的壳聚糖溶液中获得胶体溶液，将获得的溶胶放入模具干燥获得膜材料，再采用碱性溶液洗涤膜材料获得耐水膜材料即为磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜。

本发明的目的之三是提供一种上述制备方法制备的磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜。

本发明的目的之四是提供一种质子交换膜燃料电池，采用上述磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜。

本发明的有益效果：

1.本发明采用磷硅玻璃掺杂壳聚糖制备出了中温质子交换膜，反应条件温和，制备工艺简单。

2.本发明采用磷硅玻璃掺杂壳聚糖制备的中温质子交换膜在中温低湿度甚至无水条件下仍具有较高的质子电导率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1制备的磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜的扫描电子显微镜(SEM)的照片；

图2为实施例3制备的磷硅玻璃掺杂壳聚糖中温质子交换膜的扫描电子显微镜(SEM)的照片。

具体实施方式