一种质子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤；2、分散步骤3、流延步骤；本发明专利技术与现有技术相比，本发明专利技术与现有的SPEEK膜相比，质子传导率提升了一倍，甲醇渗透率减少了170多倍，稳定性也明显提高。当测试环境温度为25℃时，电池开路电压为0.93V,电池输出功率为113.79mWcm

A preparation method of proton exchange membrane

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜的制备方法
本专利技术涉及高分子膜材料的制备方法，特别是质子交换膜的制备方法这一

技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为一种环境友好、高能效的替代能源，具有广泛的应用前景。质子交换膜(PEM)是膜电极组装的关键部件，它支撑着催化剂层，充当阳极和阴极之间的屏障。质子交换膜是燃料电池的重要组件，燃料电池膜的质子传导率、吸水率、吸氧性能都对整个燃料电池的性能起到关键作用。传统的质子交换膜Nafion具有优良的性能但是由于其昂贵的价格和在80度的条件下质子传输率下降等因素限制了Nafion膜的应用范围。由于磺化聚醚醚酮膜的优异性能和相对低廉的价格，使得改性磺化聚醚醚酮膜在商业复合膜使用中占到重要地位。李云涛报道了“一种新型聚合物质子交换膜及其制备方法”(公开号:CN102838863A)，该质子交换膜由磺化聚醚醚酮，苯乙烯-二乙烯苯交联聚合物组成，具有良好的质子传导能力，质子交换膜中交联网络结构的存在可大幅度提高质子交换膜的尺寸稳定性和耐水性能，采用Ivium电化学综合站,测试电池性能。结果表明,当测试环境温度为25℃时,电池开路电压为0.382V比较低，说明膜的阻甲醇性能不好,电池输出功率6.3mV.cm-2比较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种阻甲醇性能好的质子交换膜的制备方法。本专利技术解决技术问题的技术方案为：一种质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤；参考(JournalofMembraneScience229(2004)95–106)；2、分散步骤：将步骤1制备的氯甲基化的磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH2Cl)溶解于二甲基亚砜中，然后加入氧化石墨烯GO在超声仪器中超声2-3h进行分散，形成分散物；氯甲基化的磺化聚醚醚酮与二甲基亚砜的重量体积比为1：10-15(g/ml)；氯甲基化的磺化聚醚醚酮与氧化石墨烯GO的重量比为100：0.25-2；3、流延步骤：将分散步骤制备好的分散物涂到玻璃板上，于50-70℃干燥不小于8h，升温至130-150℃，反应16-30h，冷却至室温，即可。优选的氯甲基化的磺化聚醚醚酮与氧化石墨烯GO的重量比为100：0.5-1；所述的氧化石墨烯GO的通过modifiedHummersmethod制备.参照W.S.HummersJr文章(J.Am.Chem.Soc.,1958,80,1339.)磺化聚醚醚酮(SPEEK)是一种廉价的聚合物电解质，具有良好的力学性能、热性能和良好的化学稳定性。然而SPEEK膜的质子电导率主要取决于含水量，限制了高温燃料电池的运行。氧化石墨烯GO具有优良的机械性能、热稳定性、导电性同时掺杂不同含量氧化石墨烯GO具有不同的微观结构会进一步表现出不同的性质来影响制备复合膜的性能。由于磺化聚醚醚酮中含有氯甲基基团可以与芳环发生反应。本专利技术通过先成膜的方法，然后升高温度到130℃以上发生Friedel-Craftsalkylation制备出复合膜，本专利技术的反应原理为：本专利技术通过一锅法使的两种混合物混合，在成膜的过程中磺化聚醚醚酮发生反应形成网状结构使氧化石墨烯GO束缚在网络结构中，通过键合的方式连接使得膜在长时间的使用过程中不会出现氧化石墨烯GO的流失导致的性能降低，增加了使用寿命。由于复合膜中含有大量亲水性基团，使得膜的吸水性和质子电导率提高，和SPEEK膜相比提高的一倍。本专利技术与现有的SPEEK膜相比，质子传导率提升了一倍，甲醇渗透率减少了170多倍，稳定性也明显提高。当测试环境温度为25℃时，电池开路电压为0.93V,电池输出功率为113.79mWcm-2具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作详细的说明。氧化石墨烯GO通过以下方法制备：使用modifiedHummersmethod制备.参照W.S.HummersJr文章(J.Am.Chem.Soc.,1958,80,1339.)具体方法；以天然鳞片石墨为原料。分别称取石墨1g、硝酸钠0.5g、高锰酸钾3g，在250毫升烧瓶中加入23毫升98％浓硫酸(0℃)；将石墨、硝酸钠加入浓硫酸中搅拌3分钟，均匀分散，然后缓慢加入高锰酸钾；反应温度控制在20℃以下，搅拌3小时。升温至35℃，继续搅拌2h，加入去离子水46ml，升温至98℃，保温30分钟，溶液呈棕黄色，出现红色烟雾。加入5mlH2O2(30％)，离心(9000RPM)，离心时用盐酸和去离子水清洗；然后超声处理，干燥即可。实施例1：1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤：5g聚醚醚酮PEEK(购买中研有限公司)溶解在100mL98％浓硫酸中，放入搅拌装置的圆底烧瓶内，在50℃下反应10h，加入2.5mL氯甲基甲醚(C2H5ClO)，在温度-10℃，反应90min后，将聚合物加入到冰水沉降，用去离子水冲洗后放入真空干燥箱，于50℃，真空干燥24h，制备得氯甲基化磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH2Cl)；2、分散步骤：取1gSPEEK-CH2Cl加入10mL二甲亚砜(DMSO)溶剂中溶解，然后加入聚合物SPEEK-CH2Cl质量分数0wt.％氧化石墨烯GO在80W的超声仪器中超声2h进行分散，形成分散物；3、流延步骤：取分散物涂到玻璃板上，放入烘箱50℃干燥8h，然后烘箱温度调到130℃反应30h，冷却至室温，制备得到复合膜1。实施例2：1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤：取5g聚醚醚酮(PEEK)溶解在100mL98％浓硫酸中，放入搅拌装置的圆底烧瓶内，在50℃下反应10h，加入2.5mL氯甲基甲醚(C2H5ClO)，在温度-10℃，反应90min后，将聚合物加入到冰水沉降，用去离子水冲洗后放入真空干燥箱，于50℃，真空干燥24h，制备得氯甲基化磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH2Cl)；2、分散步骤：取1gSPEEK-CH2Cl加入10mL二甲亚砜(DMSO)溶剂中溶解，然后加入聚合物SPEEK-CH2Cl质量分数0.25wt.％氧化石墨烯GO在80W的超声仪器中超声2h进行分散，形成分散物；3、流延步骤：将分散物涂到玻璃板上，放入烘箱70℃干燥8h，然后烘箱温度调到130℃反应16h，冷却至室温，制备得到复合膜2。实施例3：1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤：5g聚醚醚酮(PEEK)溶解在100mL98％浓硫酸中，放入搅拌装置的圆底烧瓶内，在50℃下反应10h，加入和2.5mL氯甲基甲醚(C2H5ClO)，在温度-10℃，反应90min后，将聚合物加入到冰水沉降，用去离子水冲洗后放入真空干燥箱，于50℃，真空干燥24h，制备得氯甲基化磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH2Cl)；2、分散步骤：取1gSPEEK-CH2Cl加入10mL二甲亚砜(DMSO)溶剂中溶解，然后加入聚合物SPEEK-CH2Cl质量分数0.5wt.％氧化石墨烯G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：/n1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤；/n2、分散步骤：将步骤1制备的氯甲基化的磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
1、氯甲基化的磺化聚醚醚酮的制备步骤；
2、分散步骤：将步骤1制备的氯甲基化的磺化聚醚醚酮(SPEEK-CH2Cl)溶解于二甲基亚砜中，然后加入氧化石墨烯GO,在超声仪器中超声2-3h进行分散，形成分散物；氯甲基化的磺化聚醚醚酮与二甲基亚砜的重量体积比为1：10-15(g/ml)；
氯甲基化的磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇海银，秦路路，孙飞，马忠香，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34