[发明专利]一种导电增强质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电增强质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：聚苯醚110‑140、马来酸酐20‑30、氯磺酸4‑5、烷基酚聚氧乙烯醚0.3‑0.6、碳纳米管10‑14、烷醇酰胺1‑2、硬脂酸钙2‑3、三甘醇二异辛酸酯0.7‑1、引发剂0.7‑0.8，本发明加入的聚酸酐可以在聚苯醚分子链之间形成桥键，可以进一步改善成品膜的力学强度。

技术领域

本发明属于膜领域，具体涉及一种导电增强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，质子交换膜燃料电池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，导电稳定性、力学稳定性强的交换膜是目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种导电增强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：

一种导电增强质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：

聚苯醚110-140、马来酸酐20-30、氯磺酸4-5、烷基酚聚氧乙烯醚0.3-0.6、碳纳米管10-14、烷醇酰胺1-2、硬脂酸钙2-3、三甘醇二异辛酸酯0.7-1、引发剂0.7-0.8。

所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。

一种导电增强质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取碳纳米管，加入到其重量30-40倍的、96-98％的硫酸溶液中，超声1-2小时，过滤，将沉淀水洗，与硬脂酸钙混合，升高温度为60-65℃，保温搅拌20-30分钟，得活化碳纳米管；

(2)取引发剂，加入到其重量25-30倍的去离子水中，搅拌均匀，得引发剂溶液；

(3)取烷醇酰胺，加入到其重量100-140倍的去离子水中，搅拌均匀，得酰胺溶液；

(4)取上述活化碳纳米管，马来酸酐混合，在70-75℃下保温搅拌10-20分钟，加入到上述酰胺溶液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60-65℃，保温搅拌3-4小时，出料冷却，得聚酸酐溶液；

(5)取氯磺酸，加入到其重量30-47倍的氯仿中，搅拌均匀，加入聚苯醚、烷基酚聚氧乙烯醚，升高温度为40-50℃，保温搅拌1-2小时，与上述聚酸酐溶液混合，超声20-30分钟，抽滤，将滤饼在50-55℃下真空干燥2-3小时，得改性聚苯醚；

(6)取三甘醇二异辛酸酯、改性聚苯醚混合，加入到混合料重量17-20倍的二甲基甲酰胺中，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，即得所述导电增强质子交换膜。

本发明的优点：