[发明专利]一种高强度璜化质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度璜化质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：聚苯醚110‑130、肉豆蔻酸钠皂1‑2、氯磺酸10‑13、棕榈蜡3‑5、三乙胺1‑3、聚异戊二烯5‑8、8‑羟基喹啉0.1‑0.2、脂肪酸聚乙二醇酯1‑2、纳米二氧化硅2‑3，本发明采用三乙胺处理8‑羟基喹啉，然后加入到醇溶液中对纳米二氧化硅进行分散，有效的改善了二氧化硅的表面活性，从而提高了成品交换膜的力学稳定性，本发明的交换膜导电稳定性好，综合性能优越。

技术领域

本发明属于交换膜领域，具体涉及一种高强度璜化质子交换膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池动力系统是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，对解决目前“能源短缺”和“环境污染”两大难题具有重要意义。燃料电池根据所使用的电解质不同可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池。其中，PEMFC具有能量转化效率高、环境友好，可在室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率和比能量高等突出特点；

质子交换膜是PEMFC中的核心部件，决定燃料电池的性能。它不仅是—种隔膜材料，而且又能作为质子载体完成质子的传递。目前广泛使用的是美国杜邦公司生产的全氟磺酸Nafion膜，这类全氟磺酸膜具有质子导电性好，耐腐蚀性强，寿命长等优点。但高昂的价格(800美金/m2)、较低的工作温度(<100℃)、较高的甲醇渗透率以及含氟材料带来的环境问题等限制了其商业应用。因此，寻找价格低廉，在较宽温度范围内具有高电导率，优良的热及化学稳定性的新型质子交换膜材料是PEMFC的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种高强度璜化质子交换膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度璜化质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：

聚苯醚110-130、肉豆蔻酸钠皂1-2、氯磺酸10-13、棕榈蜡3-5、三乙胺1-3、聚异戊二烯5-8、8-羟基喹啉0.1-0.2、脂肪酸聚乙二醇酯1-2、纳米二氧化硅2-3。

一种高强度璜化质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取8-羟基喹啉，加入到其重量10-13倍的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为60-65℃，加入三乙胺，保温搅拌20-30分钟，得醇胺溶液；

(2)取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，得皂化分散液；

(3)取聚异戊二烯，加入到其重量40-60倍的二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，送入到70-75℃的恒温水浴中，保温搅拌10-20分钟，出料冷却，得酰胺分散液；

(4)取棕榈蜡、氯磺酸混合，加入到其重量7-10倍的氯仿中，送入到55-60℃的恒温水浴中，加入聚苯醚，保温搅拌1-2小时，出料，抽滤，将滤饼在50-55℃下真空干燥2-3小时，得改性聚苯醚；

(5)取上述醇胺溶液、皂化分散液混合，搅拌均匀，加入纳米二氧化硅，超声1-2小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得改性二氧化硅；

(6)取上述改性二氧化硅、改性聚苯醚混合，加入到上述酰胺分散液中，超声1-2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得所述高强度璜化质子交换膜。

本发明的优点：

本发明采用三乙胺处理8-羟基喹啉，然后加入到醇溶液中对纳米二氧化硅进行分散，有效的改善了二氧化硅的表面活性，从而提高了成品交换膜的力学稳定性，本发明的交换膜导电稳定性好，综合性能优越。