[发明专利]一种多纤维掺杂磺化聚苯醚质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多纤维掺杂磺化聚苯醚质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：甲基丙烯酸三氟乙酯36‑40、磷酸纤维素3‑5、磺化聚苯醚100‑130、碳纳米管5‑7、二乙烯三胺2‑4、1，2‑二甲基咪唑0.7‑1、十四烷二元酸4‑6、乙酰丙酮钙1‑2、引发剂1‑2、尼龙酸甲酯30‑40、乙基纤维素10‑17，本发明的交换膜采用多纤维复合，不仅有效的提高了机械性能，而且降低了生产成本。

技术领域

本发明属于交换膜领域，具体涉及一种多纤维掺杂磺化聚苯醚质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜是以含酸性基团(如磺酸、磷酸和羧酸基团等，其中以磺酸基团为主)的高分子为材料的固体电解质膜，在燃料电池中起到分隔燃料和氧化剂、传导质子和绝缘电子的作用。理想的质子交换膜通常应当满足以下条件：①良好的质子传导率，以降低电池内阻并提高电流密度；②燃料渗透性低，能有效阻隔燃料和氧化剂，避免二者在电极表面直接反应，造成电池局部过热，影响电池的库仑效率；③较好的化学和电化学稳定性，在氧化/还原、酸性和自由基作用下不降解，以保证电池的工作寿命；④出色的机械性能和热性能，可以承受电池加工和运行中机械和热量冲击；⑤优异的形貌和水稳定性，有利于质子交换膜吸收充足的水分而不过度溶胀，进而使水和质子在膜内可快速迁移，避免膜局部缺水或浓度梯度过大；⑥干-湿转换的可逆性要好，否则容易引起质子交换膜的局部应力增大或变形；⑦膜的表面适于和催化剂结合制备膜电极；

然而，目前的质子交换膜主要是杜邦公司生产的Nafion系列膜，其价格高，且机械性能有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种多纤维掺杂磺化聚苯醚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：

一种多纤维掺杂磺化聚苯醚质子交换膜，它是由下述重量份的原料组成的：

甲基丙烯酸三氟乙酯36-40、磷酸纤维素3-5、磺化聚苯醚100-130、碳纳米管5-7、二乙烯三胺2-4、1，2-二甲基咪唑0.7-1、十四烷二元酸4-6、乙酰丙酮钙1-2、引发剂1-2、尼龙酸甲酯30-40、乙基纤维素10-17。

所述引发剂为过氧化二异丙苯。

一种多纤维掺杂磺化聚苯醚质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取引发剂，加入到其重量17-20倍的丙酮中，搅拌均匀，得引发剂溶液；

(2)取乙基纤维素、磷酸纤维素混合，加入到尼龙酸甲酯中，搅拌均匀，加入1，2-二甲基咪唑，升高温度为50-55℃，保温搅拌10-20分钟，得纤维分散液；

(3)取碳纳米管，加入到浓度为95-97％的硝酸溶液中，超声10-15小时，抽滤，将滤饼水洗，与十四烷二元酸混合，在60-70℃下干燥1-2小时，得预处理碳纳米管；

(4)取预处理碳纳米管，加入到上述纤维分散液中，搅拌均匀，加入甲基丙烯酸三氟乙酯，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，加入上述引发剂溶液，调节反应釜温度为65-70℃，保温搅拌3-5小时，出料，冷却，得混合液；

(5)取二乙烯三胺、磺化聚苯醚混合，在75-80℃下预热10-20分钟，加入到上述混合液中，搅拌10-12小时，抽滤，将滤饼水洗，真空干燥；

(6)将上述干燥料与1，2-二甲基咪唑混合，加入到混合料重量20-30倍的二甲基甲酰胺中，超声1-2小时，送入到烘箱中，在90-95℃下干燥30-40分钟，出料冷却至常温，即得。

步骤(5)所述的真空干燥温度为90-95℃，时间为30-40分钟。

本发明的优点：