[發明專利]Y2O3改性磺化聚醚醚酮質子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200710171699.8
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101225181A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 郭強;童菊英;潘國梁;宋會平;楊霖霖
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L71/00;C08K3/22
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種直接甲醇燃料電池用磺化聚醚醚酮質子交換膜及其制備方法，特別是一種Y₂O₃改性磺化聚醚醚酮質子交換膜及其制備方法。

背景技術

質子交換膜(PEM)作為目前能源領域研究和開發的熱點直接甲醇燃料電池(DMFC)的核心部分，其材料必須具有良好的質子導電性，室溫電導率至少應達到10^-2Scm^-1；甲醇透過率低，否則影響電池效率、使用壽命以及造成原料浪費；同時還要具有足夠高的溶液穩定性和化學穩定性，使質子交換膜在DMFC中具有較長使用壽命。

目前使用全氟離子聚合物(PFI)作為DMFC的質子交換膜，這種膜化學穩定性較好，其質子傳導能力較強，但制造成本高，同時高溫性能欠佳，尤其膜的阻醇性能不足，限制了其在DMFC中的應用。因此，近年來幾種無氟類聚合物的PEM受到關注，其中磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜在化學穩定性、高溫特性、阻醇性能等方面均較為突出。SPEEK膜的磺化度(DS)越高電導性能越好，但是其阻醇性能以及溶液穩定性卻隨之降低。為解決這一矛盾，眾多研究者在SPEEK膜中摻雜雜多酸、磷酸鹽等制備無機一有機復合膜，這類改性使PEM的電導性能改善，但阻醇性能有所降低。因此迫切需要開發出一種成本低、電導率高、阻醇性能好的新型質子交換膜。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種Y₂O₃改性磺化聚醚醚酮質子交換膜。

本發明的目的之二在于提供該質子交換膜的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種Y₂O₃改性磺化聚醚醚酮質子交換膜，其特征在于該交換膜的組成及其質量百分比：

磺化度DS為30～95的磺化聚醚醚酮SPEEK：????88.5％～99.9％；

Y₂O₃粉末：???????????????????????????????0.1％～10％。

上述的Y₂O₃粉末顆粒粒徑為1～1.5微米。

上述的Y₂O₃粉末經表面修飾，其表面修飾方法為：將磺化度DS大于85的SPEEK和Y₂O₃粉末按質量比為的比例溶解在水或乙醇溶液中，攪拌1～15h后，沉淀過濾，將沉淀物置于90～150℃下干燥5～15h，得到表面修飾后的Y₂O₃粉末。

上述的Y₂O₃改性磺化聚醚醚酮質子交換膜的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.將DS為30～95的磺化聚醚醚酮溶解在制膜溶劑中，配制成質量百分比濃度為5％～40％的制膜液；

b.在上述步驟a所得的制膜液中，加入Y₂O₃粉末，其用量為SPEEK質量的0.1％～10％；在20℃～80℃下，攪拌使Y₂O₃粉末在制膜液中分散均勻，得到混合制膜液；

c.將步驟b所得混合制膜液流延或壓制成膜，然后在10℃～80℃下揮發溶劑，得到濕膜；

d.將步驟c所得濕膜在30℃～170℃下恒溫干燥0.5h～72h；或者先在30℃～100℃下干燥4h～72h，再升溫至100℃～170℃干燥0.5h～6h，得到Y₂O₃改性SPEEK質子交換膜。

上述的制膜溶劑為：N，N-二甲基甲酰胺DMF、N，N-二甲基乙酰胺DMAc或二甲基亞砜DMSo。。

本發明方法制備成本低，所制得的質子交換膜電導率高、阻醇性能好，在20℃～100℃下的電導率為1.00×10^-2～2.50×10^-1Scm^-1。阻醇系數達到1.00×10^-7～6.50×10^-7cm²s^-1。吸水率為5％～150％。

具體實施方式

實施例一：本實施例所用的是未經表面修飾的Y₂O₃粉末。

本實施例的工藝過程和步驟如下：