[发明专利]一种直接甲醇燃料电池用高电导率质子交换膜的制备方法

摘要

一种直接甲醇燃料电池用高电导率质子交换膜的制备方法，采用良好的醇水分离高分子膜材料作为阻醇物质，合成8-三甲氧基硅-丙基醚-1,3,6-苾基三磺酸（TSPS）作为新型有机质子导体，与Nafion212膜进行复合，制得新型三元复合膜。制得的复合膜相对Nafion212膜有较低的甲醇渗透系数及较高的电导率，且具有良好的表面形态、热稳定性和尺寸稳定性，可望应用于直接甲醇燃料电池。

主权项

一种直接甲醇燃料电池用高电导率质子交换膜的制备方法，其特征在于：采用醇水分离膜材料作为阻醇物质，合成8‑三甲氧基硅‑丙基醚‑1,3,6‑苾基三磺酸（TSPS）作为新型有机质子导体，与Nafion212膜进行复合，制得新型三元复合膜,具体包括以下步骤：（1）将Nafion212膜依次浸渍于5%的H2O2溶液、二次蒸馏水、0.5mol/L的H2SO4溶液、二次蒸馏水中，分别在80℃下加热搅拌1h，以除去膜表面的有机、无机杂质，之后在80℃下真空干燥12h，以除去溶剂水；（2）选取易于与Nafion212膜复合的有机高分子材料，用浓度为2vol%‑6vol%的乙酸溶液溶解制得均匀溶液；（3）将步骤（1）得到的Nafion212膜浸渍于步骤（2）制得的溶液中，浸渍温度为20℃～80℃,浸渍8～24h后取出，真空干燥挥发溶剂，得中间体膜；（4）制备有机质子导体8‑三甲氧基硅‑丙基醚‑1,3,6‑苾基三磺酸（TSPS）:以8‑羟基苾‑1,3,6‑三磺酸基三钠盐为原料，溶于高沸点有机溶剂，通惰性气体为保护气氛，并伴以冷凝回流，辅以磁力搅拌使其完全溶解；将2倍物质量浓度的还原剂NaH通过恒压滴液漏斗缓慢滴加入反应液中，室温反应8h；升温至80℃，滴加硅烷偶联剂KH‑560，其用量与8‑羟基苾‑1,3,6‑三磺酸基三钠盐的摩尔比为1:1，反应24h；即得到有机质子导体8‑三甲基硅‑丙基醚‑1,3,6‑苾基三磺酸（TSPS），溶于高沸点有机溶剂，得均匀溶液；（5）将步骤3制得的膜浸渍于步骤4的溶液中，于60～80℃下交替进行超声浸渍及真空焙烧，保证有机质子导体能充分浸渍于膜的孔隙，再经过80～140℃真空干燥以充分挥发溶剂；（6）将步骤5制得的膜浸泡于1 mol/L的H2SO4溶液进行离子交换，以达到完全磺基化作用，风干后即制得Nafion/CS/TSPS三元复合膜即直接甲醇燃料电池用高电导率质子交换膜，其厚度为60‑80μm。