[发明专利]一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用

说明书

一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将含Mg²⁺、Al³⁺、尿素和乙二醇的混合溶液进行水热反应得花状水滑石；(2)利用硅烷偶联剂对花状水滑石进行表面处理，得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；(3)将硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液；(4)铸膜液经溶液浇铸得花状水滑石复合碱性聚电解质膜。本发明利用硅烷偶联剂接枝的花状水滑石作填充材料，并以交联剂与季铵化壳聚糖和聚乙烯醇反应形成互穿网络结构为膜基体，提高了复合膜的拉升强度和碱性稳定性；通过添加硅烷偶联剂接枝的花状水滑石，形成了新的离子传输通道，提升了膜的离子电导率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚电解质膜近年来在超滤膜、电渗析、电化学能源装置如碱性燃料电池、水电解、液流电池等领域引起了越来越多的关注，然而在强碱性环境中膜的降解导致电导率的降低成为限制其发展的关键因素。有机无机复合是同时提高聚电解质膜离子电导率和碱性稳定性的简单有效途径，常用的无机物有SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、蒙脱土、石墨烯、碳纳米管、水滑石。在这些无机材料里，水滑石是一种由层间客体阴离子与带正电荷的主体氢氧化物层板有序组装形成的层状结构阴离子粘土，由于其在碱性环境中制备因此水滑石具有优异的碱性稳定性。水滑石的应用比较广泛，可以用于阻燃剂、绝缘剂、稳定剂、抗老化剂以及抗紫外线剂，水滑石也被用在质子交换膜的填料、催化层、碱性直接乙醇燃料电池的固态电解质以及阴离子交换膜的OH^-导体。一般无机纳米材料由于具有大的比表面能极易在聚合物基体中团聚，因此一般将无机物表面进行功能化处理，在增加其与聚合物基体的相容性的同时提升无机材料的离子交换容量，从而提升复合膜的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种性能好的花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用。

一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将含Mg²⁺、Al³⁺、尿素和乙二醇的混合溶液进行水热反应得花状水滑石；

(2)利用硅烷偶联剂对花状水滑石进行表面处理，得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；

(3)将硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液；

(4)铸膜液经溶液浇铸、干燥、冷却、揭膜、离子交换，即得花状水滑石复合碱性聚电解质膜。

本发明利用硅烷偶联剂接枝的花状水滑石作填充材料，并以戊二醛与季铵化壳聚糖和聚乙烯醇反应形成互穿网络结构为膜基体，在两相协同作用下极大的提高了复合膜的拉升强度和碱性稳定性；

本发明制备的复合膜通过添加硅烷偶联剂接枝的花状水滑石，在复合膜中形成了新的离子传输通道，提升了膜的离子电导率；

优选的，步骤(1)中，Mg²⁺+Al³⁺的总摩尔浓度为0.1～0.4mol/L，Mg²⁺：Al³⁺：尿素的摩尔比为2：1：6～18。

优选的，步骤(1)中，水热反应温度120～180℃，水热反应时间1～24h；将水热反应得到的花状水滑石清洗多次，100℃干燥。