A composite fiber membrane by a polymeric PBI unit and polybenzimidazole in one or more than two, and the supporting polymer in one or more than two of the composite fiber membrane; the polybenzimidazole fiber and the support is interpenetrating polymer fiber micro interleaving the network structure, and the interleaver has a node between the fibers; the molecular weight of the polybenzimidazole for 6-20 million; the molecular weight of the polymer was 2-100 million; support polymer content in the film quality of the composite fiber for proton exchange 5-80wt.%. PBI provides proton conductivity by doping phosphoric acid. Proton conductivity is highest when the thickness of the electrolyte film is lower and the proton conductivity is higher. Increasing the efficiency of proton conductivity by increasing the doping content and decreasing the film thickness can lead to a decrease in the mechanical strength of the films. In order to solve the contradiction between mechanical strength and film thickness, it is an effective way to introduce polymer fiber with good mechanical strength into the film.
【技术实现步骤摘要】
复合纤维膜及其制备和应用
本专利技术属于高分子材料领域;具体的说涉及一种复合纤维膜及其静电纺丝制备方法;本专利技术还涉及磷酸掺杂的复合纤维膜及其制备和应用。
技术介绍
高温质子交换膜燃料电池因其较强的耐CO毒化能力和简单的系统结构在携行、动力电源领域有广泛的应用前景。基于磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)的高温质子交换膜燃料电池相对其它高温体系比较成熟。磷酸掺杂PBI被认为是最有可能替代Nafion的聚合物电解质膜,归因于其在高温、无水条件下有较高的质子传导能力和物理、化学稳定性。然而,到目前为止基于PBI的磷酸掺杂高温电解质膜仍存在两个主要难题:i)在较高磷酸掺杂水平(每个PBI重复单元平均含有的磷酸分子数)下机械性能差;ii)工作环境下自由状态磷酸容易流失。纳米纤维材料凭借其内部所特有的小尺寸效应和表面效应,赋予复合材料独特的力学、光学、热学和电磁学等性质。向膜材料中引入纳米纤维的方法被证明可以提高复合膜的机械性能,尤其是抗拉伸强度。PBI通过掺杂磷酸提供质子传导能力,当电解质膜厚度较低且质子传导率较高时,质子传导效率最高。通过增加磷酸掺杂含量和降低薄膜厚度来提高质子传导效率都会引起薄膜机械强度的下降。为解决机械强度与薄膜厚度之间的矛盾,通过向薄膜中引入机械强度好的支撑聚合物纤维是一种有效的途径。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足,提供了一种复合纤维膜,同时提供了一种磷酸掺杂的复合纤维膜及其制备方法,本专利技术采用以下具体方案来实现。一种复合纤维膜,由式Ⅰ所示构成单元中的一种聚合而成的聚苯并咪唑中的一种或二种以上、以及式Ⅱ所示构成单元中的一种聚合而 ...
【技术保护点】
一种复合纤维膜,其特征在于:由式Ⅰ所示构成单元中的一种聚合而成的聚苯并咪唑中的一种或二种以上、以及式Ⅱ所示构成单元中的一种聚合而成的支撑聚合物中的一种或二种以上构成的复合纤维膜;所述聚苯并咪唑纤维与所述支撑聚合物纤维微观上呈互穿交织网络结构,且所述交织纤维间具有结点;所述聚苯并咪唑的分子量为6‑20万;所述支撑聚合物的分子量为2‑100万;所述复合纤维质子交换膜中支撑聚合物的质量含量为5‑80wt.%;式Ⅰ为:
【技术特征摘要】
1.一种复合纤维膜,其特征在于:由式Ⅰ所示构成单元中的一种聚合而成的聚苯并咪唑中的一种或二种以上、以及式Ⅱ所示构成单元中的一种聚合而成的支撑聚合物中的一种或二种以上构成的复合纤维膜;所述聚苯并咪唑纤维与所述支撑聚合物纤维微观上呈互穿交织网络结构,且所述交织纤维间具有结点;所述聚苯并咪唑的分子量为6-20万;所述支撑聚合物的分子量为2-100万;所述复合纤维质子交换膜中支撑聚合物的质量含量为5-80wt.%;式Ⅰ为:式Ⅱ为:2.如权利要求1所述复合纤维膜,其特征在于:于所述互穿交织网络中和/或聚苯并咪唑的分子链间具有掺杂磷酸;所述磷酸掺杂的复合纤维膜中磷酸的掺杂量为50-450wt.%。3.如权利要求2所述的复合纤维膜,其特征在于:所述磷酸掺杂的复合纤维质子交换膜于100-150℃下的质子传导率为0.05-0.30S/cm。4.如权利要求2所述的复合纤维膜,其特征在于:所述磷酸掺杂的复合纤维质子交换膜于室温条件下的抗拉伸强度为3-20MPa,断裂伸长率为50-200%。5.如权利要求1或2所述的复合纤维膜,其特征在于:于所述复合纤维膜中还掺杂有载体,所述载体与聚苯并咪唑的质量比为0.1:99.9-30.0:70.0;所述载体为聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸中的一种或两种以上。6.一种权利要求1-5任一所述复合纤维膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤,(1)纺丝液的配置:于溶剂A中加入聚苯并咪唑配制成固含量在1-20wt.%的澄清液,得聚苯并咪唑纺丝液;于溶剂B中加支撑聚合物配制成固含量在10-30wt.%的澄清液,得支撑聚合物纺丝液;(2)复合纤维的制备:包覆静电纺丝接收辊,将步骤(1)所得磷酸掺杂的聚苯并咪唑纺丝液和支撑聚合物纺丝液分别转移到静电纺丝管内,并固定在静电纺丝接收辊的两...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙公权,马文佳,王素力,杨丛荣,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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