[發明專利]超耐高溫性的高導電率的多孔芳香骨架化合物其制備方法及其于質子交換膜燃料電池的應用

有效

• 申請號: 201611045846.2
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106750190B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 賁騰;裘式綸
• 申請（專利權）人: 珠海市吉林大學無機合成與制備化學重點實驗室
• 主分類號: C08G61/02
• 分類號: C08G61/02;H01M8/1048;H01M8/1069
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

本發明涉及超耐高溫性的高導電率的多孔芳香骨架化合物其制備方法及其于質子交換膜燃料電池的應用，屬于功能材料技術領域；使用高比表面積多孔有機材料作為骨架吸附高沸點酸后制成的高穩定性，高導電率的新型導電材料；上述高比表面積多孔有機材料為聚四苯甲烷(PAF?1)，高沸點酸包括：98％H₂SO₄，89％H₃PO₄，85％H₃PO₄；具體制備方法包括：在高比表面積的多孔有機材料聚四苯甲烷(PAF?1)中加入適量的高沸點酸攪拌過夜，在無水無氧的條件下過濾，得到的固體于真空條件下100℃干燥制得最終產物。本發明制備方法工藝簡單，產率高，無需使用助劑。該方法制得的新型材料具有超耐高溫性，高導電率，可應用于質子交換膜燃料電池中，為燃料電池相關的領域提供了新思路。

技術領域

本發明涉及功能材料領域，具體涉及具有超耐高溫性的高導電率的多孔芳香骨架化合物其制備方法及其于質子交換膜燃料電池的應用，其使用高比表面積多孔有機骨架材料作為骨架，吸附高沸點酸后制成具有超耐高溫性，高導電率的多孔芳香骨架化合物。可應用于質子交換膜燃料電池中，為燃料電池相關領域提供了新思路。

背景技術

質子交換膜燃料電池具有體積小，質量輕，功率密度高，啟動快，無噪音，零污染等優點，具有廣闊的應用前景。質子交換膜燃料電池由陽極，陰極，催化劑和質子交換膜等部分組成。質子交換膜是質子交換膜燃料電池的心臟，它在燃料電池中的作用是雙重的：一是作為電解質提供氫離子通道，二是作為隔膜隔離兩極反應氣體防止它們直接發生作用。其工作原理是：H₂燃料進入陽極，由于電極上帶有催化劑，H₂被催化氧化成H⁺和e^-。H⁺通過質子交換膜進入到陽極，與陰極的O₂發生反應，生成H₂O，而電子從陽極到陰極流過，產生電流。因此，在陽極發生的化學反應式如下：

在陰極發生的化學反應如下：

質子交換膜是燃料電池的技術關鍵，其性能的優劣直接影響著燃料電池的工作性能，成本和應用前景。因此，對于質子交換膜燃料電池的研究已經成為電池研究工作中的熱點之一。

目前，無論是燃料為H₂/O₂的PEMFC，還是直接甲醇燃料電池(DMFC)使用的質子交換膜幾乎全都是美國Dupont公司生產的Nafion系列膜，盡管Nafion全氟磺酸膜具有機械強度高，化學穩定性好，質子導電率高(較大含水量時)等優點，但成本高，工作溫度低等缺點極大地限制了PEMFC的應用，其最佳工作溫度為80℃,超過此溫度會使其含水量急劇降低，導電率迅速下降，其質子傳導很大程度上依賴水份。一旦溫度升高至100℃及以上，水份會以水蒸氣的形式揮發出來，質子電導率因而也大大下降。局限于這樣的現狀不適于中溫燃料電池(工作溫度在120℃-200℃)，因此開發導電性能優良，能在高溫無水的條件下工作的新型質子交換膜是現在研究的熱門。本發明比較詳細地針對全氟磺酸質子交換膜的缺陷，介紹了以H₂SO₄@PAF-1,H₃PO₄@PAF-1為材料的無水高溫導電研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備其熱穩定性和導電率極高的多孔芳香骨架化合物的方法。

為實現上述發明的目的，本發明采取的技術方案如下：制備熱穩定良好和導電率極高的多孔芳香骨架化合物，包括以下步驟：

(1)在高比表面積多孔有機材料聚四苯甲烷PAF-1中加入高沸點酸，常溫攪拌過夜，所述的高沸點酸為98％H₂SO₄、89％H₃PO₄、85％H₃PO₄中的一種；