【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一类质子交换膜的制备技术,特别是一类接枝全交联型质子交换膜及 其制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种新型的清洁能源装置越来越受到广泛关 注。质子交换膜(ProtonExchangeMembranes,PEM)是PEMFC的核心部件之一,它不仅将 电池两极分隔开,而且提供了质子传递的媒介,决定着电池性能。目前燃料电池中用的PEM, 如美国杜邦公司生产的全氟磺酸Nafion膜,具有质子导电性好,化学稳定性高,使用寿命长 等优点。但由于其成本昂贵,玻璃化转变温度低,以及甲醇渗透率高等缺点,限制了进一步 的实际应用。因此,开发出综合性能高且成本低廉的新型质子交换膜尤其是芳香族PEM成 为近年来的工作热点。 磺化聚醚砜型质子交换膜(SPAES)具有电导率高、热稳定性和化学稳定性较好等 优点。文献 1(Harrison等.FuelCells, 2005, 5(2),202-212)详细研究和总结了SPAES的 制备及性能,在通常SPAES结构中,这类材料的磺酸基团往往都直接接于主链之上,为获得 较高的电导率,通常需要提高离子交换容量(IEC)水平,但当IEC水平高到一定程度时,往 往随之而来的是膜材料在水中的尺寸稳定性出现较大的问题。例如磺化度为40%的磺化聚 芳醚砜在经过130°C,24小时的高温水处理后,尺寸膨胀增大至100%以上,另外,膜的机械 性能也会大大降低。因此,必须从结构上对膜进行一些完善,才能使其更好应用于高温燃料 电池。 嵌段结构的质子交换膜易于形成微观亲水和疏水区域的分离 ...
【技术保护点】
一类接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,所述的交换膜由以下步骤制备:步骤1、嵌段型疏水主链聚合物的制备1.1氟代端基非磺化低聚物的制备:将十氟联苯和六氟双酚A溶于N,N‑二甲基乙酰胺中,形成20%质量体积比的溶液,加入相对于六氟双酚A摩尔数1.15倍的碳酸钾作为催化剂,75‑85℃反应8小时;1.2羟基端基非磺化低聚物的制备:将4,4’‑二氟二苯砜与六氟双酚A溶解于N,N‑二甲基乙酰胺中,形成20%质量体积比的溶液,加入相对于六氟双酚A摩尔数1.15倍的碳酸钾作为催化剂,加入无水甲苯作为共沸带水剂,135‑145℃反应4小时,然后温度缓慢上升到165℃,保持此温度恒定反应4小时;反应结束后,降至室温;1.3嵌段型疏水主链聚合物的制备:将氟代端基非磺化低聚物与羟基端基非磺化低聚物按照等化学计量混合,在50℃下反应4小时;稀释并缓慢倒入水中,析出白色纤维状产物,经过滤、水洗后烘干,得到嵌段型疏水主链聚合物;步骤2、羟基端基磺化低聚体的制备将3,3’‑二磺酸‑4,4’‑二氟二苯砜二钠盐和4,4’‑二羟基联苯溶解在N,N‑二甲基乙酰胺中,形成20%质量体积比的溶液,加入相对于4,4’‑二羟基联 ...
【技术特征摘要】
1. 一类接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,所述的交换膜由以下步骤制备: 步骤1、嵌段型疏水主链聚合物的制备 1.1氟代端基非磺化低聚物的制备: 将十氟联苯和六氟双酚A溶于N,N-二甲基乙酰胺中,形成20%质量体积比的溶液,力口 入相对于六氟双酚A摩尔数1. 15倍的碳酸钾作为催化剂,75-85°C反应8小时; 1. 2羟基端基非磺化低聚物的制备: 将4, 4' -二氟二苯砜与六氟双酚A溶解于N,N-二甲基乙酰胺中,形成20%质量体积 比的溶液,加入相对于六氟双酚A摩尔数1. 15倍的碳酸钾作为催化剂,加入无水甲苯作为 共沸带水剂,135-145°C反应4小时,然后温度缓慢上升到165°C,保持此温度恒定反应4小 时;反应结束后,降至室温; 1. 3嵌段型疏水主链聚合物的制备: 将氟代端基非磺化低聚物与羟基端基非磺化低聚物按照等化学计量混合,在50°C下反 应4小时;稀释并缓慢倒入水中,析出白色纤维状产物,经过滤、水洗后烘干,得到嵌段型疏 水主链聚合物; 步骤2、羟基端基磺化低聚体的制备 将3, 3' -二磺酸-4, 4' -二氟二苯砜二钠盐和4, 4' -二羟基联苯溶解在N,N-二甲基 乙酰胺中,形成20%质量体积比的溶液,加入相对于4, 4'-二羟基联苯摩尔数1. 15倍的碳 酸钾作为催化剂,加入无水甲苯作为共沸带水剂,135-145°C反应4小时,缓慢升温至160°C 反应6小时,降至室温; 步骤3、接枝全交联型质子交换膜的制备 将嵌段型疏水主链聚合物溶解在N,N-二甲基乙酰胺中,加入羟基端基磺化低聚体,搅 拌均匀后,浇铸于玻璃平板上,放入120°C烘箱中进行交联并干燥,20小时后取出,将膜浸 入水中剥离,用稀硫酸或稀盐酸浸泡交换72小时以上,水洗至中性,烘干,得到交联型质子 交换膜。2. 如权利要求1所述的接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,步骤1. 1中所述的十氟 联苯和六氟双酚A的摩尔比为1:0. 9,制备得到的氟代端基非磺化低聚物重复单元数为9。3. 如权利要求1所述的接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,步骤1. 2中所述的 4, 4'-二氟二苯砜与六氟双酚A的摩尔比为1:1. 1,制备得到的羟基端基非磺化低聚物重复 单元数为10。4. 如权利要求1所述的接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,步骤2中所述的 3, 3' -二磺酸-4, 4' -二氟二苯砜二钠盐和4, 4' -二羟基联苯的摩尔比为1:1. 2,制备得到 的羟基端基磺化低聚体重复单元数为5。5. 如权利要求1所述的接枝全交联型质子交换膜,其特征在于,步骤3中所述的稀硫酸 或稀盐酸浓度为1-2M,制备得到的接枝全交联型质子交换膜的离子交换容量为1-1.75。6. -类接枝全交联型质子交换...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡朝霞,袁祖凤,冉冬琴,陈守文,薛童,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。