[發(fā)明專利]功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611225209.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106784950B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雷;劉東;彭津華
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1048;H01M8/1051
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜及其制備方法，包括步驟：首先制備功能化氧化石墨烯；然后對制備好的高支化磺化聚芳醚摻雜功能化氧化石墨烯，制得功能化氧化石墨烯/高支化磺化聚芳醚質(zhì)子交換膜。本發(fā)明所述功能化氧化石墨烯作為無機(jī)納米填料添加到高支化聚芳醚中，不僅可以提高質(zhì)子傳導(dǎo)率和保持水分能力，而且可以增加鏈間纏繞作用，進(jìn)而改善機(jī)械性能。同時(shí)也提高了無機(jī)粒子的分散性，增強(qiáng)了相容性，而且功能化氧化石墨烯具有良好的耐化學(xué)性，可以有效改善質(zhì)子交換膜的氧化穩(wěn)定性。另外，該方法便于操作，易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜材料領(lǐng)域，尤其涉及一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜及制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種高效、低污染的能源技術(shù)，其核心部件質(zhì)子交換膜一直是人們研究的熱點(diǎn)。質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵材料之一，具有傳導(dǎo)質(zhì)子和將陰陽兩極分開的雙重功能，其性能直接影響到燃料電池的整體性能。目前國際上商業(yè)化的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸型質(zhì)子交換膜(如Nafion)。這類膜材料具有傳導(dǎo)質(zhì)子性能好、穩(wěn)定性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在價(jià)格昂貴、高溫易失水、甲醇滲透性高等缺點(diǎn)。因此，有人通過改進(jìn)全氟單體以改善商業(yè)膜的弊端，也有人利用磺化芳香族聚合物來代替全氟型的膜。

磺化芳香族聚合物憑借其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，低燃料滲透，成本低等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最有前途的質(zhì)子交換膜材料之一。但是這些性能依賴于磺化度，即聚合物中帶有磺化官能團(tuán)的數(shù)量。通常高磺化度聚合物，相應(yīng)導(dǎo)電性較高，但是由于薄膜溶解或者溶脹，其尺寸穩(wěn)定性在燃料電池的應(yīng)用中無法保障。據(jù)報(bào)道，無機(jī)有機(jī)雜化薄膜是一種可行的辦法，可以改善高磺化度情況下的缺點(diǎn)，聚合物作為基體添加無機(jī)粒子，可以提高熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)子傳導(dǎo)和限制燃料滲漏。近來，氧化石墨烯受到了廣泛的關(guān)注，由于其獨(dú)特的性能，作為一種無機(jī)納米填料添加至質(zhì)子交換膜中。但是片層氧化石墨烯缺少傳導(dǎo)質(zhì)子的官能團(tuán)，很難大幅度改善質(zhì)子交換膜的性能。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜及制備方法，旨在解決氧化石墨烯缺少傳導(dǎo)質(zhì)子的官能團(tuán)，其添加至質(zhì)子交換膜中很難大幅度改善質(zhì)子交換膜性能的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備方法，其中，包括：

步驟A、首先制備功能化氧化石墨烯；

步驟B、然后對制備好的高支化磺化聚芳醚摻雜功能化氧化石墨烯，制得功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備方法，其中，所述步驟A具體包括：

步驟A1、在惰性氣體保護(hù)下，將氧化石墨烯加入二甲基甲酰胺超聲震動7~9h，將1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽、4-二甲氨基吡啶和三羥甲基氨基甲烷加入上述超聲震動后的懸浮液中，在60℃~80℃并攪拌的條件下反應(yīng)一周，將反應(yīng)后得到的生成物進(jìn)行提純處理，得到提純的生成物；

步驟A2、在惰性氣體保護(hù)下，將上述生成物加入到二甲亞砜超聲震動7~9h，然后在常溫條件下加入氫氧化鈉，同時(shí)加入1,4-丁磺酸內(nèi)酯，在90℃~110℃下反應(yīng)一周，將反應(yīng)后得到的功能化氧化石墨烯進(jìn)行提純處理，得到提純的功能化氧化石墨烯。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備方法，其中，所述步驟A1中，生成物提純處理的方法包括步驟：將反應(yīng)后得到的生成物用過濾膜過濾，然后用去離子水和乙醇反復(fù)沖洗，沖洗后真空干燥。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質(zhì)子交換膜的制備方法，其中，所述過濾膜為聚四氟乙烯過濾膜，所述聚四氟乙烯過濾膜的孔徑大小為0.45μm。