[發明專利]一種耐高溫復合質子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201711336350.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN109962274A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 王素力;馬文佳;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/1044
• 分類號: H01M8/1044;H01M8/1072
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種耐高溫復合質子交換膜，其特征在于：

所述復合質子交換膜由聚苯并咪唑與含芐基鹵素的雜環芳香聚合物復合形成復合交聯膜后浸漬磷酸而成；所述含芐基鹵素的雜環芳香聚合物于復合交聯膜中的質量分數為0.01-99.99wt％；所述復合質子交換膜中摻雜量的磷酸在復合質子交換膜中的質量分數為1-99％。

2.按照權利要求1所述復合質子交換膜，其特征在于：

所述含芐基鹵素的雜環芳香聚合物于復合膜中的質量分數為1-50wt％，優選為1-25wt％。

3.按照權利要求1所述復合質子交換膜，其特征在于：

所述的側鏈上含有芐基鹵素的雜環芳香聚合物如式Ⅰ所示

式I中，R₁、R₃和R₄結構分別如下中的一種或二種以上：

式I中，R₂結構分別如下中的一種或二種以上：

式I中X為Cl,Br或I中的一種或二種以上，X₁，X₂和X₃分別為H，CH₃，CH₂X或CHX₂中的一種或二種以上；

其中，m為正整數，n,p為自然數，且(m+n+p)大于10，小于10000。

4.按照權利要求1所述復合質子交換膜，其特征在于：

所述的聚苯并咪唑結構如式Ⅱ所示中的一種或二種以上：

其中，n大于100且小于100000。

5.一種權利要求1-4任一所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

一種權利要求1-5任一所述復合交聯膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

1)于極性溶劑A中加入含芐基鹵素的雜環芳香聚合物得溶液A，所述含芐基鹵素的雜環芳香聚合物于溶液A中的質量分數為0.01-50wt％；

2)于極性溶劑B中加入聚苯并咪唑得溶液B，所述聚苯并咪唑于溶液B中的質量分數為0.1-50wt％；

3)將步驟1)所得溶液A和步驟2)所得溶液B按一定比例進行混合配置鑄膜液，所述鑄膜液中含芐基鹵素的雜環芳香聚合物的質量分數為0.01-80wt％；

4)將步驟3)所得的鑄膜液于平板上流延并烘干，得聚苯并咪唑與含芐基鹵素的雜環芳香聚合物的復合膜交聯膜；

5)將步驟4)所述復合交聯膜浸漬于磷酸濃度為50-100wt％的磷酸中，取出后得復合質子交換膜。

6.按照權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于：

步驟1)所述極性溶劑A為二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或兩種以上；所述側鏈上含芐基溴的聚芳醚于溶液A中的質量分數為0.05-20wt％，優選為2-10wt％。

7.按照權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于：

步驟2)所述極性溶劑B為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、多聚磷酸中的一種或兩種以上，所述聚苯并咪唑于溶液B中的質量分數為1-25wt％，優選為1-15wt％。

8.按照權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于：

步驟3)所述鑄膜液中含芐基鹵素的雜環芳香聚合物的質量分數為1-50wt％，優選為1-25wt％。

9.按照權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于：

步驟4)所述烘干條件為烘干溫度為0-250℃，較好的溫度為40-200℃；最好的溫度為60-150℃；

步驟5)所述磷酸濃度較優為85-100wt％；最優為85-95wt％。

10.一種權利要求1-4任一所述復合質子交換膜在高溫質子交換膜燃料電池中的應用。