本发明专利技术属高分子材料和电化学材料技术领域，具体为一种适用于中温燃料电池等电化学器件的聚合物非水质子导电材料及其制备方法。该非水质子导电材料由聚乙烯基四唑与质子酸按一定的摩尔配比复合获得，聚乙烯基四唑的分子量为５０００－３０００００，质子酸是能提供质子（Ｈ↑［＋］）的，能溶于聚乙烯基四唑的有机酸或无机酸，其制备方法简单，控制方便，质子导电性能良好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料和电化学
，具体涉及一种适用于中温燃料电池等电化学器件的聚合物非水质子导电材料及其制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有不含腐蚀性液体、易于制造、能承受大的压力差、寿命长等优点，近年来被研究得最多，最有可能被大批量生产和使用。用于PEMFC的Nafion、Dow等全氟磺酸质子交换膜(PEM)，具有价格高、膜中水的管理复杂、工作温度受限制等缺点。聚合物非水质子导电材料以其电导率高、工作温度范围宽等特点引起了人们的注意，可用于中温燃料电池等电化学器件。目前研究得最多的聚合物非水质子导电体系为聚合物与质子酸的复合体系，较有代表性的体系有苯并咪唑类聚合物与磷酸的复合体系(BozkurtA，Ise M，Kreuer K D，et al.Solid State Ionics，1999，125225)，但主链带氮杂环的苯并咪唑类聚合物难熔难溶，成膜难度大，若能将起导电作用的氮杂环引入侧链或侧基，则既可获得较高的质子导电性能，又能获得较好的成膜性能。聚乙烯基四唑(PVT)即是这样一类聚合物，文献中对其合成方法的研究已较多(Gaponik P.N.，Ivashkevich O.A.，and Karavai V.P.，et al，Die Angewandte Makromol.Chem.，1994，21977)，但还未有聚乙烯基四唑(PVT)用于质子导电材料的研究的公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种适合于中温燃料电池等电化学器件的基于质子酸掺杂聚乙烯基四唑的新型非水聚合物质子导电材料及其制备方法。本专利技术提出的酸掺杂聚乙烯基四唑非水质子导电材料，由聚乙烯基四唑与质子酸复合得到，其组成如下聚乙烯基四唑 1份(重复单元摩尔数)质子酸 0.1-5份(摩尔数)所述的聚乙烯基四唑(PVT)可以是按照文献以聚丙烯腈(PAN)为原料合成的、数均分子量(Mn)为5000～300000、成环率为50％～100wt％的聚乙烯基四唑，或通过乙烯基四唑单体直接聚合的、数均分子量(Mn)为5000～300000、成环率100wt％的聚乙烯基四唑(Gaponik P.N.，Ivashkevich O.A.，and Karavai V.P.，et al，Die Angewandte Makromol.Chem.，1994，21977)。所述的质子酸是指能提供质子(H+)的、非挥发性、能溶于聚乙烯基四唑的无机酸或有机酸，如磷酸、硫酸等，但不限于此。本专利技术所述的非水质子导电材料的制备方法可采用下述两种方法中的一种，具体步骤如下(1)将分子量为5000～300000的聚乙烯基四唑溶于N，N-二甲基甲酰胺，制成5～8wt％的溶液。按上述摩尔比加入质子酸，充分搅拌，制成均相溶液。将溶液倒在聚四氟乙烯板上，自动流平，然后放入真空烘箱烘干即可得到薄膜样品，质子酸的掺杂量X为质子酸摩尔数与PVT重复单元摩尔数之比。(2)将分子量为5000～300000的聚乙烯基四唑溶于N，N-二甲基甲酰胺，制成5～8wt％的溶液，将溶液倒在聚四氟乙烯板上，自动流平，然后放入真空烘箱烘干，称重，将其浸入质子酸的溶液中1-10小时，烘干。根据膜重量的增加可计算膜中酸的掺杂量X，即质子酸摩尔数与PVT重复单元摩尔数之比。本专利技术研究了不同种类的聚乙烯基四唑经酸掺杂后的质子导电性能，发现其电导率随质子酸掺杂量的增加而升高，随环境温度的升高而升高，最高可达到10-3S/cm。通过研究质子酸掺杂聚乙烯基四唑的成膜性能，发现酸掺杂量在0.1-5份(摩尔比)范围内，有良好的成膜性能。可适用于中温燃料电池等电化学器件。附图说明图1为磷酸掺杂聚乙烯基四唑复合膜的交流阻抗图。图2为磷酸掺杂聚乙烯基四唑复合膜的复数电导率的实部在不同温度下随频率的变化图，X＝1.5。图3为磷酸掺杂聚乙烯基四唑复合膜的复数电导率的实部在不同温度下随频率的变化图，X＝1.0。图4为磷酸掺杂聚乙烯基四唑复合膜的质子电导率随温度的变化图。具体实施例方式以下实施例是仅为更进一步具体说明本专利技术，在不违反本专利技术的主旨下，本专利技术应不限于以下实验例具体明示的内容。实施例1所用原料如下聚乙烯基四唑(Mn，18130～136000)采用分子量为18131.5～136000的聚丙烯腈(Fluka公司产品)根据文献自制(Gaponik P.N.，Ivashkevich O.A.，and Karavai V.P.，et al，Die Angewandte Makromol.Chem.，1994，21977)。偶氮二异丁腈，国药集团试剂公司产品。三氯甲烷，国药集团试剂公司产品。N，N-二甲基甲酰胺，上海振兴化工一厂产品。85wt％的磷酸，上海联合化工厂产品。95～98wt％的磷酸，上海联合化工厂产品。37％的盐酸，国药集团试剂公司产品。所用原料的配比如下PVT(采用PAN制备，Mn，18130) 1份(重复单元摩尔数)磷酸 1.5份(摩尔数)复合膜的制备将PVT溶于N，N-二甲基甲酰胺，制成5～8wt％的溶液，按X＝1.5的配比加入磷酸，充分搅拌，制成均相溶液。将溶液倒在聚四氟乙烯板上，自动流平后，放入真空烘箱烘干即可得到复合膜样品。复合膜质子导电性能的测定将复合膜两面喷金处理以作为电极，用带273型恒电位仪/恒电流仪和5210型锁相放大器的交流阻抗仪(EG & G Princeton Applied Research Co.)测定复合膜的复合阻抗，再通过计算转化成质子电导率。复合膜的质子导电性能如图1、图2和图4所示。实施例2所用原料的配比如下PVT(采用PAN制备，Mn，18130) 1份(重复单元摩尔数)磷酸 1.0份(摩尔数)复合膜的制备方法和质子导电性能的测定与实施例1类似，其质子导电性能如图1、图3和图4所示。实施例3所用原料的配比如下PVT(采用乙烯基四唑直接聚合，Mn，9600)1份(重复单元摩尔数)磷酸 1.0份(摩尔数)复合膜的制备方法和质子导电性能的测定与实施例1类似，其质子导电性能与图1、图2、图3和图4所示结果类似。实施例4 所用原料的配比如下PVT(采用PAN制备，Mn，136000) 1份(重复单元摩尔数)磷酸0.8份(摩尔数)复合膜的制备方法将PVT溶于N，N-二甲基甲酰胺，制成5～8wt％的溶液，将溶液倒在聚四氟乙烯板上，自动流平后，放入真空烘箱烘干，称重，将其浸入磷酸的水溶液中1-10h，烘干，根据膜重量的增加可计算膜中酸的掺杂量X，即质子酸摩尔数与PVT重复单元摩尔数之比。复合膜质子导电性能的测定与实施例1类似，其质子导电性能与图1、图2、图3和图4所示结果类似。实施例5所用原料的配比如下PVT(采用PAN制备，Mn，75000) 1份(重复单元摩尔数)硫酸 0.8份(摩尔数)复合膜的制备方法和质子导电性能的测定与实施例1类似。其质子导电性能与图1、图2、图3和图4所示结果类似。上述实施例中，各组份原料和用量以及制备过程的参数，仅是为了描述专利技术而选取的代表。实际上大量的实验表明，在
技术实现思路
部分所限定的范围内，均能获得上述实施例相类似的酸掺杂质子交换膜。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种质子酸掺杂聚乙烯基四唑非水质子导电材料，其特征在于组成如下：聚乙烯基四唑１份（重复单元摩尔数）质子酸０．１－５份（摩尔数）。
【技术特征摘要】
1.一种质子酸掺杂聚乙烯基四唑非水质子导电材料，其特征在于组成如下聚乙烯基四唑 1份(重复单元摩尔数)质子酸 0.1-5份(摩尔数)。2.根据权利要求1所述的非水质子导电材料，其特征在于所说的聚乙烯基四唑是通过聚丙烯腈合成的、数均分子量为5000～300000、成环率为50％～100wt％的聚乙烯基四唑，或是通过乙烯基四唑单体直接聚合的、数均分子量为5000～300000、成环率100wt％的聚乙烯基四唑。3.根据权利要求1所述的非水质子导电材料，其特征在于所说的质子酸为能提供质子(H+)的、非挥发性的、能溶于聚乙烯基四唑的无机或有机酸。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：浦鸿汀，叶盛，杨正龙，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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。