[發明專利]一種魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310471923.0
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103490085A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張亞萍;李建峰;李勁超;王磊;張帥
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;C08J7/00;C08J5/22;C08L5/00;C08K3/32;C08K3/34
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明屬于燃料電池零部件的制備，涉及一種魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜的制備方法。采用本發明制得的魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜在直接甲醇燃料電池和氫氧燃料電池等領域具有良好的應用前景。

背景技術

燃料電池以其效率高、污染小、可靠性高及維護性好等諸多優點，被譽為是繼水力、火力和核能之后第四代發電裝置，而聚合物電解質燃料電池(PEMFC)以其獨特的優勢如發電效率高、燃料來源廣泛、能量密度高、無腐蝕、工作溫度低、維修方便等，成為適應性最廣的燃料電池類型。

質子導電膜是聚合物電解質燃料電池的核心組件，其性能好壞直接關系到燃料電池的使用性能。目前廣泛使用的全氟磺酸膜(如美國杜邦公司生產的Nafion^?膜)?，該類膜有一長的碳氟主鏈，側鏈含有強的磺酸基團，一方面保證隔膜的機械強度與化學穩定性，另一方面強的磺酸基團又提供優良的質子傳導能力，具有較好的電化學性質、力學性質以及電化學和熱穩定性。但其制備工藝復雜、價格昂貴、甲醇透過率高、在高溫和低濕度條件下質子電導率降低，這些都大大限制了它的大規模商業化應用?；诖耍陙?，研究工作者專注于開發一種新型高效且廉價的質子導電膜材料替代Nafion^?系列膜。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜的制備方法。本發明采用將魔芋葡甘露聚糖（簡稱KGM先制備成基膜，再用雜多酸溶液浸泡、烘干的方式制備復合質子導電膜；制得的復合質子導電膜能有效彌補KGM空白膜質子電導率不高等缺陷，在直接甲醇燃料電池和氫氧燃料電池等領域有著良好的應用前景。

本發明的內容是：一種魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜的制備方法，其特征是包括下列步驟：

a、制備基膜：

將0.8～1.5質量份的魔芋葡甘露聚糖和0.2質量份的聚乙烯醇加入到100質量份的去離子水中，于室溫下攪拌至固體物溶解，得混合料；再滴加（少量）NaOH水溶液、調節混合料pH至9.5～10.5；將混合料升高溫度至55～65℃，加熱2～4小時，再靜置24小時后，將混合物料脫泡（即去掉表層的泡沫），于潔凈的玻璃板上流延成膜；再將附有膜的玻璃板置于60～80℃溫度下干燥6～8小時后，將膜從玻璃板上剝離下來，即制得魔芋葡甘露聚糖基膜；

b、制備魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜：

取雜多酸3～15質量份，與18～530質量份的去離子水混合，配制成雜多酸的水溶液；

將制得的魔芋葡甘露聚糖基膜浸泡于所述雜多酸的水溶液中浸泡8～24小時，取出再置于60～80℃溫度下干燥6～12小時；將干燥后的膜置于去離子水中浸泡、洗滌2～10小時，并且在去離子水中浸泡、洗滌的中途更換2～3次去離子水；取出，即制得魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜；

所述雜多酸為磷鎢酸。

本發明的內容中：步驟b?中所述磷鎢酸可以替換為磷鉬酸或硅鎢酸。

本發明的內容中：步驟a?中所述魔芋葡甘露聚糖較好的為純化的魔芋葡甘露聚糖，該純化的魔芋葡甘露聚糖的制備方法為：將（市售的）魔芋葡甘露聚糖精粉置于體積百分比濃度為50%的乙醇中浸提2次，然后用去離子水洗滌3次，溶脹后過濾，再用無水乙醇沉淀出初產品，初產品先用體積百分比濃度為95%的乙醇洗滌，然后用用無水乙醇洗滌，洗滌后的產品室溫下風干即制得純化的魔芋葡甘露聚糖，其純度＞95%。

本發明的內容中：所述乙醇可以替換為甲醇或丙酮。

本發明的內容中：步驟a?中所述制得魔芋葡甘露聚糖基膜的厚度范圍較好的是控制為40～50μm。

本發明的內容中：步驟b中所述制得的魔芋葡甘露聚糖/雜多酸復合質子導電膜的厚度范圍較好的是控制為50～70μm。

本發明的內容中：步驟a?中所述聚乙烯醇的平均分子量為76000～81000，其它技術參數為：含量≥90%、透光率≥85%，產品型號可以為PVA-1799、PVA-1788，產品生產企業有成都科龍化工試劑有限公司、中國石化集團四川維尼綸廠、山西三維集團股份有限公司、安徽皖維高新材料有限公司等。

與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果：