[发明专利]一种燃料电池用磷酸掺杂聚苯并咪唑膜电极的制备方法

摘要

本发明公开了一种燃料电池用磷酸掺杂聚苯并咪唑膜电极的制备方法。一方面以4，4’-二羧基二苯醚和3，3’，4，4’-四氨基联苯为单体通过缩聚反应制备成膜性好的聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]，将其浇铸成膜后进行磷酸掺杂，制得具有良好力学强度的电解质膜；另一方面在制备磷酸掺杂气体扩散电极中，将聚[2，2’-(间亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]和铂碳催化剂制得气体扩散电极后进行磷酸掺杂，各组分分布均匀，过程中不使用强挥发性酸，无固态物料混合过程。本发明所制备的膜电极可以在高于100℃无增湿条件下用于氢氧燃料电池发电。燃料电池温度150℃，无加湿条件下，开路电压为0.845V，最大功率密度191mW/cm2(560mA/cm2，0.34V)。本发明的制备方法工艺过程条件可控，过程重复性好。

主权项

一种燃料电池用磷酸掺杂聚苯并咪唑膜电极的制备方法，其特征在于制备方法如下：(1)磷酸掺杂聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]膜的制备：取等摩尔的3，3’，4，4’-四氨基联苯和4，4’-二羧基二苯醚，加入到含70-90wt％五氧化二磷的多聚磷酸中，3，3’，4，4’-四氨基联苯和4，4’-二羧基二苯醚的总质量浓度为5-20wt％，在氮气保护下，于50-220℃反应5-30小时，然后降温，沉析到水中，再用碱中和，过滤，洗至中性后，100℃真空烘干至恒重，得到聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]，其分子量为4000-200000；将聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]溶于有机溶剂中，聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]的浓度为0.1-0.2g/ml，于60-150℃下浇铸成膜，得到聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]膜；将1质量份聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]膜浸入20质量份至2000质量份70-90wt％磷酸中1-7天，120℃真空烘干至恒重，得到磷酸掺杂聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]膜；(2)磷酸掺杂气体扩散电极的制备：将1质量份聚[2，2’-(间亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]溶于100-600质量份N，N-二甲基乙酰胺中，再加入3-5质量份的铂碳催化剂，搅拌，超声做成电极浆料；将电极浆料涂覆到气体扩散层上，190℃真空烘干至恒重，得到气体扩散电极；将气体扩散电极浸入含20wt％磷酸的乙醇溶液中，其中每平方厘米气体扩散电极所需的含20wt％磷酸的乙醇溶液体积为1-5ml，浸渍2-30分钟，60-80℃烘干至恒重，得到磷酸掺杂气体扩散电极；(3)膜电极的制备：将两片磷酸掺杂气体扩散电极含铂碳催化剂的一侧面向磷酸掺杂聚[2，2’-(对氧二亚苯基)-5，5’-二苯并咪唑]膜放置，100-160℃热压1-20分钟，得到一种燃料电池用磷酸掺杂聚苯并咪唑膜电极。