[发明专利]聚苯并咪唑基多组分纳米高温质子交换复合膜、制备方法及其应用

摘要

一种苯并咪唑基多组分纳米高温质子交换复合膜、制备方法及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用，属于高分子功能膜技术领域。本发明以聚苯并咪唑为基体连续相，以功能型磺丙基化聚倍半硅氧烷为性能增强成分；通过引入磺化聚芳醚酮为相容促进剂，有效解决了sol‑gel过程中聚苯并咪唑遇水析出问题，获得了均一、稳定的三元复合膜；三元复合膜磷酸掺杂后的得到的高温质子交换复合膜具有尺寸稳定性好、质子传导率高和酸保持能力强等优点，且适合膜电极组装工艺，因而在高温质子交换膜燃料电池领域有着巨大的应用潜力。

主权项

1.一种聚苯并咪唑基多组分纳米高温质子交换复合膜的制备方法，其步骤如下：(1)称取PBI和相容促进剂SPAEK聚合物粉末，分别放入锥形瓶中，再向锥形瓶中分别加入二甲基亚砜或者N,N‑二甲基乙酰胺溶剂，在室温下搅拌，使其完全溶解；其中，PBI代表聚苯并咪唑，SPAEK代表磺化聚芳醚酮；(2)向步骤(1)得到的SPAEK溶液中缓慢滴入3‑三羟基硅‑1‑丙磺酸水溶液，同时滴加35wt％的浓盐酸，浓盐酸与DMSO或DMAc的体积比为1：20～200，将该溶液搅拌至均匀溶解，然后再超声使溶液分散均匀，得到透明的SPAEK/SP‑POSS混合液；其中SP‑POSS在SPAEK基体中的质量分数为15～30wt％；SP‑POSS代表磺丙基化聚倍半硅氧烷，3‑三羟基硅‑1‑丙磺酸水溶液为SP‑POSS前驱体；(3)将步骤(2)得到的SPAEK/SP‑POSS混合液边搅拌边缓慢滴入步骤(1)得到的PBI溶液中，在室温下超声得到均匀透明的PBI/SPEK/SP‑POSS三元混合溶液；其中SP‑POSS在SPAEK和PBI复合基体中的质量分数为1～3wt％；(4)将步骤(3)得到的混合溶液浇铸到干净的玻璃板上，在70～90℃下干燥1.5～3.0小时，然后在110～130℃下干燥20～30小时；将得到的薄膜从玻璃板上剥下，用去离子水在100℃下煮2～5小时，再在真空、110～130℃下干燥10～20小时，从而得到PBI/SPAEK/SP‑POSS三元复合膜；(5)将步骤(4)得到PBI/SPAEK/SP‑POSS三元复合膜浸入到80～90wt％磷酸水溶液中，在80～120℃下浸泡72～108小时，得到聚苯并咪唑基多组分纳米高温质子交换复合膜。