[发明专利]一种用于耐高温燃料电池的复合质子交换膜的制备方法

摘要

本发明涉及质子交换膜，具体的说是一种用于耐高温燃料电池的复合质子交换膜的制备方法，属于燃料电池领域。本发明通过含有咪唑环的前驱体在聚苯并咪唑溶液中直接通过溶胶-凝胶法交联成膜，再通过吸附磷酸制备磷酸掺杂型质子交换膜；与现有技术相比，本发明具有如下优势：含有咪唑环的前驱体在聚苯并咪唑溶液中直接通过溶胶-凝胶法交联成膜，制备方法简单、可控；硅纳米颗粒中含有的咪唑结构可以和磷酸发生反应生成咪唑盐，固定一部分磷酸，生成的咪唑盐又对游离的磷酸具有一定的吸附作用，大大提高PBI复合膜对磷酸的吸附能力，抑制磷酸的渗漏流失，从而提高质子交换膜的质子电导率。

主权项

一种耐高温燃料电池的复合质子交换膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）制备聚苯并咪唑溶液：取聚苯并咪唑溶于二甲亚砜中，每10～20ml二甲亚砜溶解1g聚苯并咪唑，适当加热至聚合物溶解完全，体系成棕色透明溶液；（2）制备硅纳米颗粒前驱体：将摩尔比为1：1的咪唑和乙醇钠加入到含有适量无水乙醇的圆底烧瓶中，在70℃下磁力搅拌8小时，旋转蒸发除掉溶剂无水乙醇，50℃下真空干燥6小时后得到咪唑钠；将摩尔比为1：1的γ‑氯丙基三乙氧基硅烷和咪唑钠加入到含有适量无水甲醇的圆底烧瓶中，在室温下搅拌反应24小时，停止反应并过滤混合液除去固体物质，旋转蒸发除去溶剂无水甲醇即得硅纳米颗粒的前驱体；（3）取步骤1所制备的聚苯并咪唑溶液，加入一定质量的硅纳米颗粒的前驱体（TPSIm），滴加盐酸调节混合溶液pH=2，室温下搅拌6小时，将所得溶液均匀涂布在干净平整的玻璃片上，放入电热真空干燥箱中， 80℃下干燥6小时，用去离子水浸泡后将膜从玻璃片上剥离，接着用甲醇浸泡8小时以除去溶剂，再将膜用去离子水清洗干净并放置于电热真空干燥箱中，在100℃下干燥24小时，最终的膜厚度在60～100微米之间，复合膜中TPSIm的质量分数为5%‑20%。