[发明专利]一种耐高温自增湿电池用质子交换膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种耐高温自增湿电池用质子交换膜的制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明质子交换膜的孔结构经过亲水改性有机物覆盖作为质子交换的高效率孔道，膜的骨架材料主要由氧化铝和二氧化硅组成，具有较强的耐高温性能，热稳定性好，质子电导率好；本发明的质子交换膜中高孔隙率、通孔结构的氧化铝膜能够为离子传导提供更短的通道、减小离子电阻，提高电化学性能，将木质磺酸钙与丙烯酰胺接枝得到接枝共聚物，然后经二甲胺和甲醛的改性并与N‑乙烯基化吡咯酮反应，得到两性接枝共聚物，可作为有机吸湿材料，使质子交换膜具有自增湿性能，增大电导率。

主权项

1.一种耐高温自增湿电池用质子交换膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：取增湿改性剂和丙烯酰胺置于锥形瓶中，将基膜置于锥形瓶底部并用滴液漏斗以3～5mL/min的滴加速率向锥形瓶中滴加质量分数为5%的硫代硫酸钾溶液，滴加完毕后再加入质量分数为33%的二甲胺水溶液、质量分数为37%的甲醛溶液和N‑乙烯基化吡咯酮，加热升温至70～80℃，保温搅拌反应2～3h，取出反应所得基膜用无水乙醇清洗后烘干，得到耐高温自增湿电池用质子交换膜；所述的基膜具体制备步骤为：（1）将厚度为0.8～1.2mm的铝片置于无水乙醇中超声处理8～10min，随后置于质量分数为10%的氢氧化钠溶液中超声处理10～12min，控制超声波频率为30～35kHz，再用去离子水洗涤3～5次，得到阳极铝片，将阳极铝片作为阳极，普通高纯铝片作为阴极置于抛光液中抛光，得到抛光阳极铝片；（2）将石墨棒作为阴极、抛光阳极铝片作为阳极放入装有质量分数为30%的草酸溶液的烧杯中，将烧杯置于温度为0℃的冰水浴中，通电电解5～6h，得到的阳极即为一次氧化铝片；（3）将一次氧化铝片置于混合酸液中浸泡6～7h后，将一次氧化铝片作为阳极，石墨棒作为阴极，在质量分数为30%的草酸溶液中通电电解进行二次氧化，控制通电电压为25～30V，得到二次氧化铝片，将二次氧化铝片置于混合液中以45～50V电压通过脉冲电压剥离得到阳极多孔氧化铝膜；（4）将阳极多孔氧化铝膜置于磷酸溶液中扩孔30～35min，将40～50g硅胶粉放入100～120mL质量分数为5%的氨水中，搅拌混合5～10min，得到硅胶液，将扩孔后的阳极多孔氧化铝膜浸入硅胶液中，加热升温至70～80℃，浸泡2～3h后，置于马弗炉中，加热升温至1200～1300℃，烧结5～6h，自然冷却至室温，出料得到基膜；所述的增湿改性剂具体制备步骤为：将木质磺酸钙固体研磨20～30min得到木质磺酸钙粉末，将木质磺酸钙粉末配制成400～450mL质量分数为30%木质磺酸钙水溶液后，加入到带有搅拌器、滴液漏斗的三口烧瓶中，对三口烧瓶通氮气排除空气后，向三口烧瓶中加入质量分数为40%的氢氧化钾溶液调节pH，搅拌10～15min，得到增湿改性剂。