本发明专利技术属于高温聚合物电解质膜技术领域，特别涉及一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)聚合物溶解与纯化：将溶剂加入反应容器中，边搅拌边加入聚合物，加热，随后再次搅拌，制得聚合物溶液，待恢复至室温后进行纯化；(2)聚合物溶液调变：将纯化后的聚合物溶液加入到反应容器中，搅拌，加热，随后加入调变剂，继续搅拌，恢复至室温待用；(3)采用脱泡机脱泡，然后刮涂成型，随后干燥，得到聚合物电解质膜。本发明专利技术通过添加调变聚合物溶液的调变剂，以提高聚合物溶液内聚合物之间或者聚合物与溶剂之间或者溶剂与溶剂之间相互作用，从而减小聚合物与水之间作用，改变溶液吸水性质。改变溶液吸水性质。改变溶液吸水性质。
【技术实现步骤摘要】
一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法
[0001]本专利技术属于高温聚合物电解质膜
，特别涉及一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法。
技术介绍
[0002]高温聚合物燃料电池以其较强的耐CO能力(燃料中CO含量可达5％)成为目前研究热点。作为其中关键材料，高温聚合物电解质膜是决定燃料电池性能、可靠性与寿命的关键因素之一。目前常用的高温聚合物电解质膜为PBI基电解质膜。批量制备的PBI基电解质膜性能不仅决定于关键组分PBI聚合物的结构、分子量与分子量分布等，而且与聚合物溶液制备、膜制备方法以及环境控制程度等关系密切，其中膜的制备方法在一定程度上直接影响膜的均匀性、形貌，甚至性能、可靠性与稳定性。PBI分子中氮杂环的存在，当膜涂布制备环境中空气中湿度较大时(≥50％RH)，其溶解后制备的溶液容易与空气中的水分形成氢键作用，如果采用现在常用的干燥方法(一步或两步法，第一步操作温度<60℃)膜制备用聚合物溶液容易与空气中水分作用而大量吸湿(尤其是在当刮涂聚合物溶液后，溶液变薄，水分影响便很显著)。作为PBI的不良溶剂，水会造成PBI聚合物从其良溶剂中相分离，形成多孔膜，不仅会降低此类膜的机械强度，甚至会发生透氢，失去隔绝作用，不能用于燃料电池。通过增加室内除湿降温设备虽然可以降低环境湿度，但这样一方面不仅会大幅增加生产成本，而且改善效果不明显。
技术实现思路
[0003]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法，以缓解空气中水进入聚合物溶液产生相分离。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0006](1)聚合物溶解与纯化：将溶剂加入反应容器中，边搅拌边加入聚合物，加热，随后再次搅拌，制得聚合物溶液，待恢复至室温后进行纯化；
[0007](2)聚合物溶液调变：将纯化后的聚合物溶液加入到反应容器中，搅拌，加热，随后加入调变剂，继续搅拌，恢复至室温待用；
[0008](3)采用脱泡机脱泡，然后刮涂成型，随后干燥，得到聚合物电解质膜。
[0009]上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮、乙腈中的一种或者两种以上；
[0010]所述聚合物包括所述聚合物包括含氮聚合物、含氮杂环聚合物、含能与水形成氢键的功能结构的聚合物中的一种或两种以上；所述含氮聚合物中含氮结构包括RNH2、R2NH、R3N，含2
‑
4个N的季铵盐结构，包括RR
’3N
+
X
‑
、RR
’3N
+
X
‑
R”N
+
X
‑
，其中R为聚合物主链，R
’
与R”为
1
‑
6个C的直链烷烃、3
‑
8个C的支链烷烃或3
‑
6个C的环状烷烃；所述含氮杂环结构包括咪唑类、嘧啶类、哌啶类、吡咯烷类或三唑类；所述含能与水形成氢键功能结构的聚合物包括聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸、聚砜、丙烯酸
‑
丙烯酸酯共聚物、聚甲醛、溴代聚醚醚酮、溴代聚醚酮酮或溴代聚砜；所述含氮结构、含氮杂环结构在聚合物主链位置或在聚合物侧链作为支链。
[0011]包括以下均聚物：
[0012][0013][0014]还包括以下共聚物：
[0015][0016]其中n和m各自为150
‑
300的整数。
[0017]所述聚合物的质量与溶剂的体积比为1：20
‑
1：5g/mL。
[0018]上述技术方案中，进一步地，加入聚合物时搅拌的速度为80
‑
200转/分钟，保证溶液能够完全被搅动且溶液搅动后液面高度增加不大于5cm，以便促进剪切同时避免聚合物粘到反应容器内壁；加热温度为60
‑
160℃，反应容器温度升至设定温度后继续以80
‑
200转/分钟搅拌30分钟，随后以280
‑
400转/分钟进行再次搅拌，再次搅拌的时间≥4h；所述反应容器加热温度为60
‑
160℃。
[0019]上述技术方案中，进一步地，所述纯化方法为正压过滤或者离心；所述正压过滤装置为正压过滤器或者正压过滤瓶及其对应漏斗；所述正压过滤采用分级过滤，采用过滤芯的目数依次为1000目、3000目、8000目；所述离心采用三步法，第一步离心转速为3000
‑
5000转/分钟，离心时间为10
‑
15分钟，第二步离心转速为6000
‑
8000转/分钟，离心时间为10
‑
15分钟，第三步离心转速为8000
‑
10000转/分钟，离心时间为5
‑
10分钟。
[0020]上述技术方案中，进一步地，步骤(2)中，所述调变剂为P2O5、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸钠、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠中的一种或两种以上；
[0021]所述调变剂与聚合物的质量比为1：1000
‑
1：100。
[0022]上述技术方案中，进一步地，所述调变剂加入的方式为分三次加入到聚合物溶液中，第一次加入的量为总加入量的1/2，加入的时间为当反应容器的温度升高至设定温度后；第二次加入的量为总加入量的1/3，加入的时间与第一次加入的时间间隔2
‑
4h；第三次加入的量为总加入量的1/6，加入的时间与第二次加入的时间间隔1
‑
2h；所述第三次加入调变剂后继续搅拌时间为≥3h；所述反应器加热温度为100
‑
140℃，且反应容器放置一冷凝装置，避免溶剂过度蒸发。
[0023]上述技术方案中，进一步地，步骤(3)中，所述干燥温度为40
‑
65℃，干燥时间为1
‑
12h。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]1、本专利技术通过添加调变聚合物溶液的调变剂，以提高聚合物溶液内聚合物之间或者聚合物与溶剂之间或者溶剂与溶剂之间相互作用，从而减小聚合物与水之间作用，改变溶液吸水性质。
[0026]2、本专利技术适用于聚合物溶液对水敏感的聚合物电解质膜的制备，能够有效增加聚合物溶液内部间相互作用力，降低对空气中水分的吸收，避免膜产生相分离，提高电解质膜可靠性。
附图说明
[0027]图1为实施例1制得的聚合物电解质膜的状态照片；
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于聚合物溶液调变的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)聚合物溶解与纯化：将溶剂加入反应容器中，边搅拌边加入聚合物，加热，随后再次搅拌，制得聚合物溶液，待恢复至室温后进行纯化；(2)聚合物溶液调变：将纯化后的聚合物溶液加入到反应容器中，搅拌，加热，随后加入调变剂，继续搅拌，恢复至室温待用；(3)采用脱泡机脱泡，然后刮涂成型，随后干燥，得到聚合物电解质膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,3
‑
二甲基
‑2‑
咪唑啉酮、乙腈中的一种或者两种以上；所述聚合物包括所述聚合物包括含氮聚合物、含氮杂环聚合物、含能与水形成氢键的功能结构的聚合物中的一种或两种以上；所述含氮聚合物中含氮结构包括RNH2、R2NH、R3N，含2
‑
4个N的季铵盐结构，包括RR
’3N
+
X
‑
、RR
’3N
+
X
‑
R”N
+
X
‑
，其中R为聚合物主链，R
’
与R”为1
‑
6个C的直链烷烃、3
‑
8个C的支链烷烃或3
‑
6个C的环状烷烃；所述含氮杂环结构包括咪唑类、嘧啶类、哌啶类、吡咯烷类或三唑类；所述含能与水形成氢键功能结构的聚合物包括聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸、聚砜、丙烯酸
‑
丙烯酸酯共聚物、聚甲醛、溴代聚醚醚酮、溴代聚醚酮酮或溴代聚砜；所述含氮结构、含氮杂环结构在聚合物主链位置或在聚合物侧链作为支链。所述聚合物的质量与溶剂的体积比为1：20
‑
1：5g/mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入聚合物时搅拌的速...
【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，杨丛荣，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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