一种高温质子交换膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106684415A(43)申请公布日2017.05.17(21)申请号201611224768.2(22)申请日2016.12.27(71)申请人深圳大学地址518060广东省深圳市南山区南海大道3688号(72)发明人王雷倪江鹏张伯平胡美韶刘东李海(74)专利代理机构深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)44268代理人王永文刘文求(51)Int.Cl.H01M8/124(2016.01)C08G73/18(2006.01)C08J5/18(2006.01)C08J3/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图6页(54)发明名称一种高温质子交换膜及其制备方法(57)摘要本发明公开一种高温质子交换膜及其制备方法，其制备方法包括：步骤A、首先合成支化PBI；步骤B、然后对支化PBI进行交联，得到交联支化PBI高温质子交换膜。本发明在支化的基础上进行交联，则不仅可以提高膜的机械性能，而且可以获得比传统线性PBI膜更高的磷酸掺杂率，从而制备出具有优异综合性能的高温质子交换膜。CN106684415ACN106684415A权利要求书1/2页1.一种高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、首先合成支化PBI；步骤B、然后对支化PBI进行交联，得到交联支化PBI高温质子交换膜。2.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：选取一种具有三个羧基的三官能度单体作为支化单元，利用支化单元与联苯四胺和对二羧基二苯醚进行缩聚反应，合成支化PBI。3.根据权利要求2所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述具有三个羧基的三官能度单体为如下结构式中的一种：、、。4.根据权利要求2所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：步骤A1、将多聚磷酸和五氧化二磷混合，在130~150°C惰性气体保护下进行搅拌加热至完全溶解，再加入联苯四胺在同样的条件下搅拌加热溶解，然后加入支化单元和对二羧基二苯醚；步骤A2、待所加单体溶解充分后在130~150°C下预聚1~3小时，再将温度升高至200~220℃后恒温反应8~10小时；步骤A3、将反应液后溶液倒入盐中浸泡11~13小时，再将反应得到的聚合物反复冲洗、过滤、并干燥，即得支化PBI。5.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：选取交联剂对支化PBI聚合物进行交联，得到交联支化PBI高温质子交换膜。6.根据权利要求5所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述交联剂为KH560、EGDE、DBpX中的一种。7.根据权利要求5所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：步骤B1、将支化PBI溶解在有机溶剂中，制成支化PBI溶液；步骤B2、然后在惰性气体保护下将支化PBI溶液加热至130~150°C，再将交联剂加入支化PBI溶液中反应1~3小时；步骤B3、将反应后溶液倒入超平底培养皿中，然后在70~90℃下加热除去溶剂，将除去溶剂后得到的膜剥下，并置于盐中浸泡11~13小时；步骤B4、再将膜置于110~130℃下热处理11~13小时，得到交联支化PBI高温质子交换膜。8.根据权利要求4或7所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述盐为饱和碳酸氢钠溶液。2CN106684415A权利要求书2/2页9.根据权利要求7所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤B2中，所述交联剂为支化PBI中咪唑环摩尔量的5%~20%。10.一种高温质子交换膜，其特征在于，采用如权利要求1~9任一所述的高温质子交换膜的制备方法制备而成。3CN106684415A说明书1/7页一种高温质子交换膜及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种高温质子交换膜及其制备方法。背景技术[0002]质子交换膜燃料电池可以直接将化学能转化为电能，具有高效、便捷、环保等特点，是一种非常高效清洁的能源利用方式。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键材料之一，具有传导质子和将阴阳两极分开的双重功能，能直接影响燃料电池的整体性能。目前大部分的质子交换膜主要以磺酸作为质子载体，如Nafion膜和磺化聚芳醚等。但这类质子交换膜传导质子都需要依赖液态水，且工作温度一般低于100℃，需要复杂的水热管理装置，且催化剂易中毒。而高温质子交换膜燃料电池的工作温度一般在100~200℃之间，不存在液态水，不会出现阴极液泛现象，冷却效率提高，能极大简化热管理系统，且催化剂更不易中毒。因此，高温质子交换膜燃料电池是目前燃料电池技术发展的主要方向之一，但其对质子交换膜材料有很高的要求，以磺酸作为质子载体的膜材料已不能满