[发明专利]一种聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜由有机膦酸与硅氧烷发生开环反应后在SPEEK基体中交联形成聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK溶胶，所得溶胶经陈化、干燥、热处理处理得到聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜；

所述有机膦酸为氨基三亚甲基膦酸；所述硅氧烷为2-（3,4-环氧环己基）乙基三甲氧基硅烷；

所述高低温通用型质子交换膜的制备方法步骤如下：

1）制备有机膦酸溶液：将有机膦酸在40-60℃下溶于溶剂中，得到1-2mol/L的有机膦酸溶液；

2）制备硅氧烷溶液：将硅氧烷溶于溶剂中，得到0.5-2 mol/L的硅氧烷溶液；

3）制备SPEEK溶液：将SPEEK溶于溶剂中，得到0.5-1 mol/L的SPEEK溶液；

4）制备硅氧烷多膦酸溶胶：在惰性气氛保护下，温度为60-80℃时，将步骤2）所得硅氧烷溶液逐滴加入到步骤1）所得有机膦酸溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续反应24-48h得到硅氧烷多膦酸溶胶；

5）制备聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜：将步骤3）所得SPEEK溶液缓慢加入到步骤4）所得硅氧烷多膦酸溶胶中，于60-80℃下充分搅拌6-8h使其混合均匀，然后将混合均匀的溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中，于室温下陈化2-3天，再置于烘箱中干燥，随后分别在100℃、120℃、150℃下各热处理2h，冷却后脱模得到聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜；

所述SPEEK的磺化度为58-63%。

2.根据权利要求1所述的高低温通用型质子交换膜，其特征在于，所述SPEEK的制备方法为：将PEEK粉末加入过量的浓硫酸中，室温下搅拌使其发生磺化反应，反应结束后将反应液倒入冰水混合物中，经后处理得到SPEEK。

3.根据权利要求2所述的高低温通用型质子交换膜，其特征在于，所述PEEK粉末分子量为3-4万，所述浓硫酸的浓度大于98%，所述磺化反应时间为168-192h。

4.一种制备权利要求1-3任一所述的高低温通用型质子交换膜的制备方法，其特征在于步骤如下：

1）制备有机膦酸溶液：将有机膦酸在40-60℃下溶于溶剂中，得到1-2mol/L的有机膦酸溶液；

2）制备硅氧烷溶液：将硅氧烷溶于溶剂中，得到0.5-2 mol/L的硅氧烷溶液；

3）制备SPEEK溶液：将SPEEK溶于溶剂中，得到0.5-1 mol/L的SPEEK溶液；

4）制备硅氧烷多膦酸溶胶：在惰性气氛保护下，温度为60-80℃时，将步骤2）所得硅氧烷溶液逐滴加入到步骤1）所得有机膦酸溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续反应24-48h得到硅氧烷多膦酸溶胶；

5）制备聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜：将步骤3）所得SPEEK溶液缓慢加入到步骤4）所得硅氧烷多膦酸溶胶中，于60-80℃下充分搅拌6-8h使其混合均匀，然后将混合均匀的溶胶倒入聚四氟乙烯模盘中，于室温下陈化2-3天，再置于烘箱中干燥，随后分别在100℃、120℃、150℃下各热处理2h，冷却后脱模得到聚硅氧烷多膦酸掺杂SPEEK高低温通用型质子交换膜；

所述SPEEK的磺化度为58-63%。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述溶剂为二甲基亚砜。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤4）所述硅氧烷溶液中的硅元素与有机膦酸溶液中磷元素摩尔比为4：3-4。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤5）所述SPEEK溶液中SPEEK与步骤2）所述硅氧烷溶液中硅氧烷质量比为1-1.2:1。

8.一种根据权利要求1-3任一所述高低温通用型质子交换膜制备得到的质子交换膜燃料电池。