一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法技术

一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，包括步骤：将有机硅烷前驱体和凝胶引发剂按预定比例混合均匀；加入离子液体形成均匀混合物；将均匀混合物浇注到平板上，经溶胶‑凝胶反应，老化，形成离子凝胶基质子交换膜。本发明专利技术的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，操作简单，成本低、环境友好、安全可靠，适于大规模生产；所制备的离子凝胶基质子交换膜，强度好，电导率高，可在较宽温度范围内(80‑200℃)使用。

Preparation method of ion gel based proton exchange membrane

The invention relates to a preparation method of an ion gel based proton exchange membrane, which comprises the following steps: mixing organo silane precursors and gel initiators in a predetermined proportion; uniformly adding ionic liquids to form homogeneous mixtures; pouring homogeneous mixture onto the plate, aging through sol gel reaction, forming ionic gel based proton exchange membrane. The preparation method of the ion gel based proton exchange membrane has the advantages of simple operation, low cost, environmental friendliness, safety and reliability, and is suitable for mass production. The prepared ionic gel based proton exchange membrane has high strength and high conductivity, and can be used in a wide temperature range (80 to 200 degrees Celsius).

【技术实现步骤摘要】
一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法
本专利技术涉及离子复合膜，具体涉及一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法。
技术介绍
高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)由于具有可以加快阴阳极动力学速度、提高阳极对CO的耐受能力、简化电池水热管理系统等优点而逐渐成为PEMFC的研究热点。但目前HT-PEMFC的研究和发展受制于高温质子交换膜的性能，HT-PEMFC要求电解质膜在高温低增湿或无增湿环境下具有高质子传导率和高稳定性。近年来，PBI/H3PO4膜因耐高温、质子传导率高而备受关注，但复杂的制备工艺、昂贵的价格及在高温、强氧化、强电场的恶劣环境下不理想的寿命制约了其发展。离子液体(IonicLiquids，ILs)是一种在室温或较高温度下呈液态的离子体系，具有挥发性低、热/化学稳定性高、电化学窗口宽及离子传导率高等优点，是一种应用前景良好的非水质子传导介质。为将离子液体应用于HT-PEMFC中，可通过浸渍、溶液浇铸、聚合或嫁接等方式将液态的离子液体捕获于聚合物材料中形成固体或半固体电解质。近年来，一种新型的离子液体复合材料-SiO2/ILs离子凝胶(Ionogels)广受研究者们的关注，不仅保留了离子液体的优异性能，还兼具了SiO2或硅凝胶的高机械强度、良好的化学/热稳定性及低廉的价格优势；并通过对离子液体或硅分子修饰，离子液体被“锚定”在硅或硅凝胶的多孔网络骨架内，提高了其保留能力。SiO2/ILs离子凝胶既可以将硅纳米颗粒直接分散在离子液体中得到，又可以通过溶胶-凝胶的方法原位获得。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在离子液体中有机硅烷前驱体在酸促进下发生溶胶-凝胶反应形成离子凝胶型离子复合膜的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，包括步骤：S1：将有机硅烷前驱体和凝胶引发剂按预定比例混合均匀；S2：加入离子液体形成均匀混合物；S3：将均匀混合物浇注到平板上，经溶胶-凝胶反应，老化，形成离子凝胶基质子交换膜。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述有机硅烷前驱体包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷或γ-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述凝胶引发剂为盐酸溶液或甲酸。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述盐酸溶液为5wt.％-37wt.％的盐酸溶液。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述有机硅烷前驱体和所述凝胶引发剂的摩尔比为5:1-1:10。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述离子液体为咪唑类或胺类离子液体。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-丁基磺酸咪唑硫酸氢盐、三甲基胺磷酸氢二盐、二乙基甲基胺三氟甲基磺酸盐和三甲基胺三氟甲基磺酸盐中的至少一种。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述离子液体和所述有机硅烷前驱体摩尔比为9:1-1:20。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S3具体包括：将均匀混合物浇注到平板上，20-100℃中经溶胶-凝胶反应，老化，形成离子凝胶基质子交换膜。。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，操作简单，成本低、环境友好、安全可靠，适于大规模生产；所制备的离子凝胶基质子交换膜，强度好，电导率高，可在较宽温度范围内(80-200℃)使用。附图说明图1为实施例中制备的质子交换膜在不同温度下的电导率。具体实施方式：实施例一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，包括：将5mol的正硅酸四乙酯和40mmol的甲酸混合均匀，加入10mmol的二乙基甲基胺三氟甲基磺酸盐，超声混合均匀，浇注在平板上，室温通风下老化24h得到厚度为100微米的离子凝胶基质子交换膜。图1所示为所制备的离子凝胶基质子交换膜在不同温度下的电导率测试图，从图1中可以看出，所制备的离子凝胶基质子交换膜，强度好，电导率高，可在较宽温度范围内(80-200℃)使用。需要说明的是，以上实施例只是为了进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术的范围。比如，正硅酸乙酯可以替换为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷和γ-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；作为凝胶引发剂的甲酸可以替换为盐酸溶液(5wt.％-37wt.％)；有机硅烷前驱体和凝胶引发剂摩尔比可以是5:1-1:10；离子液体可以替换为咪唑类或胺类离子液体，如1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF4)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIm]PF6)、1-甲基-3-丁基磺酸咪唑硫酸氢盐([BMIm]HSO3HSO4)、三甲基胺磷酸氢二盐([tma]H2PO4)、二乙基甲基胺三氟甲基磺酸盐([dema]TfO)、三甲基胺三氟甲基磺酸盐([tma]TfO)中的一种或多种，离子液体和有机硅烷前驱体摩尔比可以是9:1-1:20。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1：将有机硅烷前驱体和凝胶引发剂按预定比例混合均匀；S2：加入离子液体形成均匀混合物；S3：将均匀混合物浇注到平板上，经溶胶‑凝胶反应，老化，形成离子凝胶基质子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1：将有机硅烷前驱体和凝胶引发剂按预定比例混合均匀；S2：加入离子液体形成均匀混合物；S3：将均匀混合物浇注到平板上，经溶胶-凝胶反应，老化，形成离子凝胶基质子交换膜。2.根据权利要求1所述的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述有机硅烷前驱体包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷或γ-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述凝胶引发剂为盐酸溶液或甲酸。4.根据权利要求3所述的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液为5wt.％-37wt.％的盐酸溶液。5.根据权利要求1所述的一种离子凝胶基质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述有机硅烷前驱体和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飒，陈晓文，王思，高京夏，杨峥，苏梓茜，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32