一种高强度固体电解质仿生超薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度固体电解质仿生超薄膜的制备，包括(1)用Hummers法制备氧化石墨；(2)磺化聚乙烯醇的制备；(3)复合膜的制备：该复合膜包括无机材料和有机材料，所述无机材料为氧化石墨和蒙脱土的混合物，有机材料为磺化聚乙烯醇，无机材料占总质量的40‑70％，有机材料占总质量的30‑60％；即得到具有二维快速质子传递通道的高强度固体电解质仿生超薄膜，其内部结构均一无缺陷，膜内离子交换容量为1.12mmol.g‑1，室温下离子传导率为0.0921～0.222S cm‑1，吸水率为18.7～38.6％，机械强度为180.7～287.7MPa，杨氏模量为10.72～13.74Gpa。

High strength solid electrolyte bionic ultrathin film and preparation method thereof

The invention discloses a high strength solid electrolyte bionic ultrathin film preparation, including the preparation of graphite oxide (1) by Hummers method; (2) the preparation of sulfonated polyvinyl alcohol; (3) composite membrane preparation: the composite membrane comprises an inorganic material and organic material, the inorganic material is a mixture of graphite oxide montmorillonite, organic materials as sulfonated polyvinyl alcohol, inorganic materials accounted for 70% of the total mass of 40 organic materials, the total mass of 30 60%; high strength solid electrolyte thin film of biomimetic two-dimensional fast proton transfer channel is obtained, the internal structure of homogeneous defect free, membrane ion exchange capacity of 1.12mmol.g 1 at room temperature, ionic conduction rate is 0.0921 ~ 0.222S cm 1, bibulous rate is 18.7 ~ 38.6%, the mechanical strength is 180.7 ~ 287.7MPa, the young's modulus is 10.72 ~ 13.74Gpa.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度固体电解质仿生超薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种均相阳离子交换膜
，尤其涉及一种具有二维快速质子传递通道的高强度固体电解质仿生膜制备及应用。
技术介绍
阳离子交换膜由于膜内富含阴离子活性基团，具有离子选择透过性及离子传递特性，是分离与提纯、电化学组件的关键材料。其中，均相阳离子交换膜中离子交换基团与聚合物主链通过化学键连接，具有结构均匀、面电阻小及性能稳定等优势，广泛应用于电渗析和燃料电池等领域。质子交换膜作为燃料电池的核心组件，其性能直接决定着燃料电池的输出功率。质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，其各方面性能对于开发高性能的燃料电池起着至关重要的作用。以NafionTM膜为例，NafionTM膜材料作为目前为止应用最为广泛的高性能质子交换膜，在低湿度或高温下，由于其自身的强烈失水，导致其质子传导率严重下降，此外由于膜材料本身的阻醇性能较差，因此而带来的甲醇渗透的问题也严重影响着燃料电池的性能；第二点，Nafion117的膜厚度为175μm，较厚的膜厚度将会导致膜的电阻增加，并且会带来明显的质子传递极化，除此外以外，厚膜所使用的制膜树脂量较大，这使得其生产成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度固体电解质仿生超薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用Hummers法制备氧化石墨：向容器中加入98％浓硫酸，冰浴中搅拌，在搅拌过程中加入2500目的石墨片和硝酸钠，其中石墨片与浓硫酸的质量体积比为1:23，硝酸钠与浓硫酸的质量体积比为1:46；然后，向上述容器中缓慢地加入高锰酸钾，高锰酸钾与浓硫酸的质量体积比为1:7.5，置于274K下搅拌2h；将反应混合物转移到恒温油浴中，在35℃的温度条件下，搅拌30min；通过恒压滴液漏斗向反应体系中缓慢滴加去离子水，去离子水与浓硫酸的体积比为2:1，然后升高油浴温度到98℃，保持体系恒温3h；将反应物倒入去离水中稀释，反应物与...

【技术特征摘要】
1.一种高强度固体电解质仿生超薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用Hummers法制备氧化石墨：向容器中加入98％浓硫酸，冰浴中搅拌，在搅拌过程中加入2500目的石墨片和硝酸钠，其中石墨片与浓硫酸的质量体积比为1:23，硝酸钠与浓硫酸的质量体积比为1:46；然后，向上述容器中缓慢地加入高锰酸钾，高锰酸钾与浓硫酸的质量体积比为1:7.5，置于274K下搅拌2h；将反应混合物转移到恒温油浴中，在35℃的温度条件下，搅拌30min；通过恒压滴液漏斗向反应体系中缓慢滴加去离子水，去离子水与浓硫酸的体积比为2:1，然后升高油浴温度到98℃，保持体系恒温3h；将反应物倒入去离水中稀释，反应物与稀释用的去离子水的体积比为1:28～1:3，然后加入30％的双氧水，双氧水与高锰酸钾的体积质量比2ml/g，趁热过滤后，使用5％的稀盐酸和去离子水交替洗涤产物，直到其中的氧化石墨沉降困难，倾倒掉上层清夜，使用透析袋，将所得溶液倒入透析袋中，再将透析袋放在容器中，倒入大量的去离子水，使用磁子剧烈搅拌，加速交换，直至完全除去溶液中的酸和其余杂质；将上述溶液超声1h，获得氧化石墨分散液，离心处理，取上层分散液备用；步骤二、磺化聚乙烯醇的制备：按照质量体积比为1g/20ml将PVA加入到水中，加热完全溶解后，向反应体系中加入苯甲醛-2,4-二磺酸钠，苯甲醛-2,4-二磺酸钠与PVA的质量比为3.1:1，然后向反应溶液中加入浓度为1M的稀盐酸，加入的稀盐酸与反应体系中水的体积比为1:20；将反应体系置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜忠义，徐明钊，何光伟，赵静，何雪溢，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12