[发明专利]一种基于多酸/哌啶芳基类共聚物的杂化质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于多酸/哌啶芳基类共聚物的杂化质子交换膜及其制备方法，涉及质子交换膜技术领域。本发明提供的杂化质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：将多酸和哌啶芳基类聚合物溶液混合，浇注成膜，干燥后得到杂化质子交换膜。实施例结果表明，本发明制备的杂化质子交换膜在25℃时的电导率为14～28mS·cm^‑1，80℃时的电导率为39～102mS·cm^‑1；断裂拉伸强度为58～64MPa，断裂伸长率为12～18％。说明本发明制备的杂化质子交换膜同时具有较高的质子传导率和机械稳定性。

技术领域

本发明涉及质子交换膜技术领域，具体涉及一种基于多酸/哌啶芳基类共聚物的杂化质子交换膜及其制备方法。

背景技术

聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)具有清洁高效、高能量密度和可携带等特性，被认为是最具潜力的能量转化设备(J.Jagur-Grodizinski,Polymers forAdvancedTechnologies 18(2007)785-799)。质子交换膜(PEM)是质子的导体，也是燃料、氧化剂和电子的屏障，在决定电解质膜燃料电池的性能方面起着核心作用，直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命(Zhang,H.；Shen,P.K.Recent Development of Polymer ElectrolyteMembranes for Fuel Cells.Chem.Rev.2012,112,2780-2832)。

但质子交换膜的发展面临着平衡传导率和机械性能的问题，现有的Nafion、聚苯并咪唑等膜在掺杂磷酸后其机械性能急剧下降，对电解质膜燃料电池的性质产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多酸/哌啶芳基类共聚物的杂化质子交换膜及其制备方法，本发明制备的杂化质子交换膜具有较高的质子传导率和机械稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于多酸/哌啶芳基类共聚物的杂化质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

将多酸和哌啶芳基类聚合物溶液混合，浇注成膜，干燥后得到杂化质子交换膜。

优选地，所述多酸为杂多酸。

优选地，以所述多酸和哌啶芳基类聚合物溶液中哌啶芳基类聚合物的总质量计，所述多酸的质量分数为0.05～85％。

优选地，所述哌啶芳基类聚合物溶液的溶质为哌啶芳基类聚合物；所述哌啶芳基类聚合物中哌啶芳基结构单元的数量含量为0.1～97％。

优选地，所述哌啶芳基类聚合物溶液中哌啶芳基类聚合物具有式I所示结构：

式I中，包括

R₁包括-CF₃或-CH₃；

R₂包括-CH₃、-C₂H₅、-CH₂Br、

x为哌啶芳基类聚合物中哌啶芳基结构单元的数量含量。

优选地，所述哌啶芳基类聚合物溶液的浓度为0.01～0.20g/mL。

优选地，所述干燥的温度为25～180℃，所述干燥的时间为2～96h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的杂化质子交换膜。

优选地，所述杂化质子交换膜的厚度为10～260μm。

优选地，所述杂化质子交换膜为透明膜。