[发明专利]一种掺杂负载G8-2-8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅聚砜改性的燃料电池用阴离子膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种掺杂负载G_8‑2‑8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅聚砜改性的燃料电池用阴离子膜的制备方法。以氯仿为溶剂，将聚砜(PSF)颗粒完全溶解，作为膜基液。采用共混法，将负载有G8‑2‑8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅均匀掺杂到聚砜的氯仿铸膜液中。利用流延法在玻璃板上浇筑成膜，再将烘干后的膜浸渍于KOH溶液中，制备氢氧根离子型复合膜。本发明制备的阴离子膜具有低溶胀，优异的高温耐碱稳定性，良好的机械性能，尤其是在离子交换量和含水率均不高的情况下，通过有序构筑OH‑传输通道的方法来提高离子迁移效率，进而提高电导率。解决了接枝改性手段导致膜过度溶胀，耐碱性变差等问题。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及阴离子交换膜燃料电池的膜电解质制备技术，具体涉及一种掺杂负载G_8-2-8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅聚砜改性的燃料电池用阴离子膜的制备方法。

背景技术

阴离子交换膜(AEMs)作为阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)的核心部件，在AEMFCs中扮演着重要的角色。然而，由于OH^-的淌度明显低于H⁺，导致AEMs的电导率相对偏低。目前普遍采用提高季铵化，季膦化等电正性基团的接枝率来获得较高的离子交换量，进而提高膜电解质的OH^-的电导率。例如Gu等通过将三苯基膦接枝在聚芳醚砜聚合物上合成的碱性膜电导率为45ms·cm^-1，但成膜性较差。大连化物所张凤祥等利用氯甲基化聚醚砜与1-甲基咪唑反应制得氯甲基化取代度(DCM)为1.35咪唑鎓型阴离子交换膜，20℃电导率约为21ms·cm^-1，但60℃ 3M NaOH水溶液中浸泡24h后电导率损失率高达23.3％，且膜颜色变化明显。综上所述，季铵类或者季膦类阴离子交换膜主要存在两个问题：(1)高接枝率虽然提高了电导率，但势必会增加含水率，这将会导致膜过度溶胀大大降低高温耐碱稳定性(Hoffmann 降解反应、亲核取代降解反应)以及机械性能；(2)制备过程复杂耗时且需要使用致癌化合物--- 碘甲烷。截至目前，还没有一种令人满意的方法，能够提高电导率的同时，保持膜的适度溶胀，进而不过分损害其膜的其他相关性能。

发明内容

本发明提供一种掺杂负载G_8-2-8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅聚砜改性的阴离子膜的制备方法,借助G_8-2-8表面活性剂在有机反离子水杨酸根(Sal^-)诱导下自组装形成的正向胶束体系，在引发剂(KPS)作用下于介孔二氧化硅孔道中引发聚合，利用胶束外表面布满的季铵阳离子与硅孔道内壁的硅羟基共同形成环形保水腔室，来构筑OH^-离子导电通道。原位聚合的手段，将前述的正向胶束形成过程移植到聚砜的铸膜液中完成，由此构筑适合燃料电池用的阴离子交换膜。

掺杂负载G_8-2-8/NaSal胶束体系的介孔二氧化硅聚砜改性的阴离子膜的制备方法具体步骤如下：

步骤(1)、称取1.2g介孔二氧化硅加入水中制成介孔二氧化硅水溶液，并向其中加入一定量纯度为33％的G_8-2-8型表面活性剂分子，使其占聚砜体系的质量分数为5-20％，待G_8-2-8完全溶解后，将NaSal加入其中，常温下低速磁力转子搅拌，并每隔30min加入引发剂KPS，引发剂KPS加入量占总质量分数1％，分三次加入，反应进行3h后，将反应得到的混合溶液置于烧杯中静止1h后用滤纸过滤，得到白色滤出物；

步骤(2)、将白色滤出物浸渍于1M的KOH溶液中进行离子交换，每隔12h进行一次过滤操作并更换KOH溶液，如此反复3次，得到白色滤出物；

步骤(3)、称取4g聚砜颗粒，加入到含有30ml的氯仿溶剂的烧杯中，在常温下进行磁力搅拌，至聚砜完全溶解后加入步骤(2)得到的白色滤出物，继续搅拌充分混合后得铸膜液，采用流延法在水平玻璃板上浇铸成膜，待膜自然风干后将其揭下。