[发明专利]一种确定PBI/H3

说明书

本发明为一种确定PBI/H₃PO₄掺杂膜中磷酸含量方法,通过以下步骤:含磷溶液标准曲线制定,并采用磷酸含量的确定可用于溶胶‑凝胶法或后浸渍法制备PBI/H₃PO₄膜中磷酸含量的确定。与现有技术相比，本发明创新性的采用XRF技术，并利用其不同模式分析溶液和膜中的P元素含量，进而测定PBI/H₃PO₄膜中磷酸含量，该检测方法精确可靠，解决了PBI/H₃PO₄膜中磷酸含量准确定量的问题，尤其适用于采用溶胶‑凝胶法制备的PBI/H₃PO₄膜。

技术领域

本发明属于高温聚合物电解质膜领域，特别涉及一种确定高温电解质膜中磷酸含量方法。

背景技术

磷酸掺杂PBI(聚苯并咪唑)基膜以其较高的质子传导能力、良好的热稳定性以及良好的机械性能，而被认为高温燃料电池的最佳候选材料之一，其在燃料电池中的应用促进了高温燃料电池的发展。目前PBI/H₃PO₄膜的常用制备方法为后浸渍法和溶胶-凝胶法两种。相比目前第一代后浸渍法制备 PBI/H₃PO₄膜，溶胶凝胶法具有(1)大幅简化膜制备步骤从目前的几十步简化到4步；(2)安全环保，完全不使用有机溶剂、几乎无磷酸排空；(3) 有望实现电极一体化制备等优势。所以国际上一直致力于开发其制备工艺。其制备过程为直接采用在PPA中的PBI溶液刮涂定型，相转移水解实现铸膜。所以相比于后浸渍法，其膜中酸量无法测定。而酸含量的确定与此类膜的电导率与机械性能直接相关，所以确定其中酸含量对膜至关重要。目前文献中通常测定磷酸含量的方法为将膜水洗后，采用碱进行滴定，计算出磷酸含量。这种方法最大缺点是由于磷酸与PBI之间存在氢键作用力，膜中酸无法完全从膜中脱离，而且碱滴定方法存在较大的人为误差，最终造成膜中酸含量无法确定。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种确定高温电解质膜中磷酸含量方法。

所述确定高温电解质膜中磷酸含量方法，包括以下步骤，

(1)含磷溶液标准曲线制定

将磷酸和/或磷酸盐溶于水中，得到系列不同磷酸根物质的量浓度的溶液；

取一定体积上述不同磷酸根物质的量浓度的溶液，然后采用X射线荧光光谱分析(XRF)手段进行测试，得到XRF表征结果中峰值强度与溶液中磷酸根物质的量浓度(分别为横纵坐标)之间的关系曲线，记为含P溶液的标准曲线；

(2)称取一定质量M(单位：g)的PBI/H₃PO₄膜，加入一定体积的一定浓度的碱液，在一定温度下浸泡处理，取出膜后采用新鲜碱液重复浸泡处理1次以上，并将所有处理膜用碱液合并；

(3)采用XRF检测被碱液洗过的膜中是否含P，如果检测不到P，可视为膜中磷酸已完全清洗干净，以步骤(2)合并碱液为待检测碱液；如果检测到P，重复步骤(2)浸泡处理过程，并将处理膜用碱液与步骤(2)碱液合并，作为待检测碱液；

(4)测量清洗用碱液的总体积V(mL)。

(5)采用XRF对确定体积V的碱液中P含量进行检测；

(6)将步骤(5)中P含量与步骤上述(1)中含P溶液的标准曲线进行对应，即得到清洗用碱液中P浓度C(mol/L)；依据公式m＝CV*98/1000 可计算出膜中磷酸质量m；再根据wt％＝m/M*100％即可得出PBI/H₃PO₄膜中磷酸含量wt％。

上述确定高温电解质膜中磷酸含量的方法：