[发明专利]一种具有高抗氧化能力的交联型聚苯并咪唑/二氧化硅高温质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有高抗氧化能力的交联型聚苯并咪唑/二氧化硅高温质子交换膜及其制备方法，所述的交联膜以含有自由基淬灭剂的多孔聚苯并咪唑为基底，孔内填充聚苯并咪唑与有机硅交联树脂。本发明提出的交联型聚苯并咪唑/二氧化硅高温质子交换膜在不增湿条件下即具有较好的质子电导能力及优异的抗氧化能力，有效解决聚苯并咪唑浸渍磷酸后的溶胀问题。本发明提出的具有高抗氧化能力的交联型聚苯并咪唑/二氧化硅高温质子交换膜可以应用于高温质子交换膜燃料电池、直接醇类燃料电池、电化学传感器或其它电化学装置中作为质子交换膜使用。

主权项

1.一种具有高抗氧化能力的交联型聚苯并咪唑/二氧化硅高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将聚苯并咪唑溶解于高沸点溶剂中，再加入自由基淬灭剂，超声分散，得到铸膜液；铸膜液中，聚苯并咪唑的添加量为高沸点溶剂质量的0.2~5%，自由基淬灭剂的添加量为高沸点溶剂质量的0.05~1.0%；（2）将步骤（1）所得铸膜液注入铸膜板中，再置于湿度为20%~95%、温度为25℃~120℃的恒温恒湿箱中0.2~12小时，然后浸没于高沸点溶剂的水溶液中1~5小时后取出，于25℃~150℃真空干燥，制得厚度为50~80微米的多孔内层；所述高沸点溶剂的水溶液由高沸点溶剂与去离子水按照体积比1~3：1混匀而得；（3）将3‑缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯加入到高沸点溶剂中，搅拌10~60分钟，得到有机硅溶液；将聚苯并咪唑溶解于高沸点溶剂中，得到聚苯并咪唑溶液；将有机硅溶液与聚苯并咪唑溶液按照质量比1：0.8~1.2搅拌混匀，得到聚苯并咪唑/有机硅溶液；其中，有机硅溶液中3‑缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷的质量分数为5~30%、正硅酸乙酯的质量分数为1~5%，聚苯并咪唑溶液中聚苯并咪唑的质量分数为0.2~4.8%；（4）将步骤（2）所得多孔内层浸没于步骤（3）所得聚苯并咪唑/有机硅溶液中，并向聚苯并咪唑/有机硅溶液中加入氢氧化钾，室温搅拌2~10小时，30~100℃下搅拌2~24小时，于40~80℃真空干燥，得到复合膜；其中，氢氧化钾的加入量是聚苯并咪唑/有机硅溶液中正硅酸乙酯质量的2~5倍；（5）将步骤（4）所得复合膜于80~150℃下浸没于磷酸中10~48小时后取出，于60~120℃干燥，即得；步骤（1）、（2）、（3）中所述高沸点溶剂为N，N‑二甲基乙酰胺和/或N‑甲基吡咯烷酮。