[发明专利]一种聚苯并咪唑/离子液体多层复合的高温质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种聚苯并咪唑/离子液体多层复合的高温质子交换膜及其制备方法，采用静电纺丝制备得到多孔聚苯并咪唑/离子液体复合的多孔层，热压后，再在两表面喷涂含二氧化锰的聚乙烯吡咯烷酮，最后浸渍离子液体。本发明制得的聚苯并咪唑/离子液体多层复合的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，结构均匀，层与层之间结合紧密，制备工艺简单，在高温（130℃以上）不增湿的条件下具有较好的电池性能；适用于无水体系，工作温度120~200℃的高温质子交换膜燃料电池。

主权项

1.一种聚苯并咪唑/离子液体多层复合的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，再加入离子液体，混匀得到纺丝液；其中，聚苯并咪唑的添加量为高沸点溶剂质量的0.2~5%，离子液体的添加量为高沸点溶剂质量的0.3~30%；（2）将步骤（1）所得纺丝液采用静电纺丝方法喷涂得到厚度为20~120微米的多孔层；（3）将步骤（2）所得多孔层热压后于25~150℃真空干燥，得到厚度为5~80微米的多孔膜；（4）将纳米二氧化锰超声分散于聚乙烯吡咯烷酮中，得到浆料，将浆料均匀喷涂于步骤（3）所得多孔膜的上下表面，于25~150℃真空干燥，使多孔膜的上下表面均形成厚度为3~30微米的致密层；其中，纳米二氧化锰的添加量为聚乙烯吡咯烷酮质量的0.1~5%；（5）将步骤（4）所得产物置于离子液体中，浸渍0.5~5小时，即得；其中，步骤（1）及步骤（4）中所述离子液体中阴离子为H₂PO₄^‑、HSO₄^‑、BF₄^‑、CF₃SO₃H^‑中的一种或两种以上，离子液体中阳离子为叔铵盐类阳离子；步骤（2）中静电纺丝是将纺丝液盛装在喷丝管中，纺丝液从喷嘴喷出，在电场作用下向阴极运动，并聚集在接收基底上，形成多孔层；其中喷嘴口针头内径为0.5~2毫米，针头与接收基底之间的距离为5~20厘米，电压为10~20 KV，喷嘴口液体流速为10~30 mL/min；步骤（1）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。