超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用技术

技术编号:15501477 阅读:208 留言:0更新日期:2017-06-03 22:49
本发明专利技术涉及超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用,属于功能材料技术领域;使用高比表面积多孔有机材料作为骨架吸附高沸点酸后制成的高稳定性,高导电率的新型导电材料;上述高比表面积多孔有机材料为聚四苯甲烷(PAF‑1),高沸点酸包括:98%H

Highly conductive porous aromatic matrix compound with high temperature resistance, preparation method thereof and application in proton exchange membrane fuel cell

The present invention relates to the application of super resistant high conductivity of porous aromatic skeleton compound temperature and its preparing method thereof in proton exchange membrane fuel cell, which belongs to the technical field of functional materials; high stability with high specific surface area porous organic material as the skeleton of high boiling acid made after adsorption, new conductive materials with high conductivity; the high surface area porous organic material for poly four diphenyl methane (PAF 1), high boiling acids include: 98%H

【技术实现步骤摘要】
超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用
本专利技术涉及功能材料领域,具体涉及具有超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用,其使用高比表面积多孔有机骨架材料作为骨架,吸附高沸点酸后制成具有超耐高温性,高导电率的多孔芳香骨架化合物。可应用于质子交换膜燃料电池中,为燃料电池相关领域提供了新思路。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有体积小,质量轻,功率密度高,启动快,无噪音,零污染等优点,具有广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池由阳极,阴极,催化剂和质子交换膜等部分组成。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的心脏,它在燃料电池中的作用是双重的:一是作为电解质提供氢离子通道,二是作为隔膜隔离两极反应气体防止它们直接发生作用。其工作原理是:H2燃料进入阳极,由于电极上带有催化剂,H2被催化氧化成H+和e-。H+通过质子交换膜进入到阳极,与阴极的O2发生反应,生成H2O,而电子从阳极到阴极流过,产生电流。因此,在阳极发生的化学反应式如下:在阴极发生的化学反应如下:质子交换膜是燃料电池的技术关键,其性能的优劣直接影响着燃料电池的工作性能,成本和应用前景。因此,对于质子交换膜燃料电池的研究已经成为电池研究工作中的热点之一。目前,无论是燃料为H2/O2的PEMFC,还是直接甲醇燃料电池(DMFC)使用的质子交换膜几乎全都是美国Dupont公司生产的Nafion系列膜,尽管Nafion全氟磺酸膜具有机械强度高,化学稳定性好,质子导电率高(较大含水量时)等优点,但成本高,工作温度低等缺点极大地限制了PEMFC的应用,其最佳工作温度为80℃,超过此温度会使其含水量急剧降低,导电率迅速下降,其质子传导很大程度上依赖水份。一旦温度升高至100℃及以上,水份会以水蒸气的形式挥发出来,质子电导率因而也大大下降。局限于这样的现状不适于中温燃料电池(工作温度在120℃-200℃),因此开发导电性能优良,能在高温无水的条件下工作的新型质子交换膜是现在研究的热门。本专利技术比较详细地针对全氟磺酸质子交换膜的缺陷,介绍了以H2SO4@PAF-1,H3PO4@PAF-1为材料的无水高温导电研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备其热稳定性和导电率极高的多孔芳香骨架化合物的方法。为实现上述专利技术的目的,本专利技术采取的技术方案如下:制备热稳定良好和导电率极高的多孔芳香骨架化合物,包括以下步骤:(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸点酸,常温搅拌过夜,所述的高沸点酸为98%H2SO4、89%H3PO4、85%H3PO4中的一种;(2)过滤搅拌均匀的混合物于无水无氧的手套箱中用玻璃膜过滤器抽滤,于100℃真空状态下干燥10小时,得到最终产物:具有超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物。所述高比表面积多孔有机骨架材料(PAF-1)是多孔材料,其具有超耐高温性。在干燥N2下,热稳定性达到450℃,在干燥空气下,热稳定性达到400℃,《Angew.Chem.Int.Ed,2009,48,9457-9460》。以此作为骨架制成的新型化合物能保证其良好的热稳定性,可用于高温条件下工作的材料,以适应其工作需求。高沸点酸是浓度为98%的H2SO4,浓度为89%的H3PO4,浓度为85%的H3PO4等酸中其中的一种。这些高沸点无机酸最大的特点是挥发性低,沸点高。浓度为98%的H2SO4沸点达到338℃,浓度为89%的H3PO4的沸点是261℃,浓度为85%的H3PO4的沸点是158℃。这些特性为制造耐高温材料奠定了基础。本专利技术的另一个目的在于提供一种热稳定性良好和导电率极高的多孔芳香骨架化合物在质子交换膜燃料电池领域中的应用。为实现上述目的本专利技术提供的技术方案,测试材料的导电率包括如下步骤:(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸点酸,常温搅拌过夜,所述的高沸点酸为98%H2SO4、89%H3PO4、85%H3PO4中的一种;(2)过滤搅拌均匀的混合物于无水无氧的手套箱中用玻璃膜过滤器抽滤,于100℃真空状态下干燥10小时,得到最终产物:具有超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物;(3)将干燥的最终产物于研钵中研磨成均匀的粉末,压片;(4)压片分别用两片大小一致的金片夹在中间,紧密接触,两极分别引出导线组成简易导电装置,并置于密闭的50mL两口烧瓶中,瓶内充满N2并连接N2气球以确保气压稳定,导线与电化学工作站相连;(5)在25℃-250℃,常压下对上述材料进行导电率测试。所述均匀粉末压片的成品大小尺寸为直径5mm,厚度1mm。所述金电极大小为直径5mm,厚度1mm,所用的金为99.99%纯度的金。目的是能耐浓酸的腐蚀以及耐高温。所述装置于50mL密闭两口烧瓶中,烧瓶内置温度计,烧瓶置于电加热套中,实现温控操作,瓶内充满氮气,以保证气体的稳定,外接N2气球以确保气压稳定。本专利技术多孔芳香骨架化合物具有很好的耐热性及导电性,在中高温工作条件下的性能优越,应用在燃料电池相关领域中有很好的发展前景。本专利技术的有益效果是:本专利技术制备方法工艺简单,产率高,无需使用助剂。该方法制得的新型材料具有超耐高温性,高导电率,可应用于质子交换膜燃料电池中,为燃料电池相关的领域提供了新思路。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被理解,下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图,对本专利技术作进一步详细的说明,其中:图1为实施例1的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物98%H2SO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1的红外谱图;图2为实施例1的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物98%H2SO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1在N2氛围下的热重谱图;图3为实施例1的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物98%H2SO4@PAF-1第一次升温25℃和250℃的交流阻抗图;图4为实施例1的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物98%H2SO4@PAF-1第二次升温25℃和250℃的交流阻抗图;图5为实施例1的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物98%H2SO4@PAF-1第三次升温25℃和75℃的交流阻抗图;图6为实施例2的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物89%H3PO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1的红外谱图;图7为实施例2的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物89%H3PO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1在N2氛围下的热重谱图;图8为实施例2的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物89%H3PO4@PAF-1第一次升温25℃和250℃的交流阻抗图;图9为实施例3的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物85%H3PO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1的红外谱图;图10为实施例3的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物85%H3PO4@PAF-1与多孔有机骨架化合物PAF-1在N2氛围下的热重谱图;图11为实施例3的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物85%H3PO4@PAF-1第一次升温25℃和250℃的交流阻抗图;图12为实施例3的具有耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物85%H本文档来自技高网
...
超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物其制备方法及其于质子交换膜燃料电池的应用

【技术保护点】
超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF‑1中加入高沸点酸,常温搅拌过夜,所述的高沸点酸为98%H

【技术特征摘要】
1.超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸点酸,常温搅拌过夜,所述的高沸点酸为98%H2SO4、89%H3PO4、85%H3PO4中的一种;(2)过滤搅拌均匀的混合物于无水无氧的手套箱中用玻璃膜过滤器抽滤,于100℃真空状态下干燥10小时,得到最终产物:具有超耐高温性的高导电率的多孔芳香骨架化合物。2.多孔芳香骨架化合物在质子交换膜燃料电池方面的应用,其特征在于:所述多孔芳香骨架化合物是以聚四苯甲烷为骨架,吸附高沸点酸后形成的新型化合物,具有很高的导电率;特别在150-250℃高温条件下,表现出优越的工作性能,其工作温度范围符合中高温燃料电池的工作温度,可以应用于质子交换膜燃料电池中,多孔芳香骨架化合物应用于质子交换膜燃料电池方面的导电率的测试步骤如下:(1)在高比表面积多孔有机材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸点酸,常温搅拌过夜,所述的高沸点酸为98%H2SO4、89%H3PO4、85%H3PO4中的一种;(2)过滤搅拌均匀的混合物于无水...

【专利技术属性】
技术研发人员:贲腾裘式纶
申请(专利权)人:珠海市吉林大学无机合成与制备化学重点实验室
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 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。

1