[發(fā)明專利]一種三唑石墨烯改性磺化聚苯醚質(zhì)子膜的制備方法與配套成膜工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711422917.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN108134118A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王科媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波卡爾新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/1048
• 分類號(hào): H01M8/1048;H01M8/1067;H01M8/1081;C08L71/12;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 陳宙;于曉霞

本發(fā)明公開了一種三唑石墨烯改性磺化聚苯醚質(zhì)子膜的制備方法，包括磺化聚苯醚的制備、石墨烯?TRI的制備、成膜，本發(fā)明采用1H?1,2,3?三氮唑?yàn)閾诫s劑，其可以被接枝到石墨烯發(fā)生酰胺偶合反應(yīng)，從而通過(guò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散來(lái)增加了質(zhì)子傳導(dǎo)屬性，改善了質(zhì)子遷移與連續(xù)質(zhì)子的缺陷，提高了成品質(zhì)子膜的綜合性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于膜領(lǐng)域，具體涉及一種三唑石墨烯改性磺化聚苯醚質(zhì)子膜的制備方法和成膜工藝。

背景技術(shù)

燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是一種不經(jīng)過(guò)燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，對(duì)解決目前“能源短缺”和“環(huán)境污染”兩大難題具有重要意義。

質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC新種類的燃料電池，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好，可在室溫快速啟動(dòng)、無(wú)電解液流失、水易排出、壽命長(zhǎng)、比功率和比能量高等突出特點(diǎn)。質(zhì)子交換膜是PEMFC中的核心部件，決定燃料電池的性能。它不僅是—種隔膜材料，而且又能作為質(zhì)子載體完成質(zhì)子的傳遞。

研究比較廣泛的的是美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的全氟磺酸Nafion膜，這類全氟磺酸膜具有質(zhì)子導(dǎo)電性好，耐腐蝕性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但高昂的價(jià)格(800美金/m2)、較低的工作溫度(<100℃)、較高的甲醇滲透率以及含氟材料帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題等限制了其商業(yè)應(yīng)用。

磺化聚苯醚(SPPO)過(guò)去主要報(bào)道被用在離子交換膜和超電壓濾膜上，但業(yè)內(nèi)普通認(rèn)為，其質(zhì)子導(dǎo)電率太低、高磺化度下機(jī)械強(qiáng)度差、較高的甲醇滲透率，是不能在質(zhì)子燃料燃料電池中的。而本方法較為有效的解決這一問(wèn)題。

目前石墨和石墨烯等碳材料導(dǎo)電性在燃料電池中最大的應(yīng)用是用作電極材料和催化劑載體，也有個(gè)別報(bào)道說(shuō)，可在燃料電池膜上，但這源于它能提高導(dǎo)電性，但不是質(zhì)子導(dǎo)電率。且加入后，膜的機(jī)械強(qiáng)度都極差。

本方案的技術(shù)核心是將通過(guò)酰胺偶合反應(yīng)三唑(TRI)，接枝到特定的衍生化的石墨烯。這種嫁接TRI奇妙地，通過(guò)克服結(jié)構(gòu)擴(kuò)散的質(zhì)子遷移與連續(xù)質(zhì)子的缺陷，與我們開發(fā)的與之匹配的制膜工藝，實(shí)現(xiàn)了極高的質(zhì)子導(dǎo)電率、機(jī)械強(qiáng)度差、甲醇滲透率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種三唑石墨烯改性磺化聚苯醚質(zhì)子膜的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種三唑石墨烯改性磺化聚苯醚質(zhì)子膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)磺化聚苯醚的制備：采用氯磺酸為磺化試劑，對(duì)聚苯醚進(jìn)行磺化改性；

(2)石墨烯-TRI的制備：以1H-1,2,3-三氮唑?yàn)閾诫s改性劑，對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行摻雜改性；

(3)成膜：將石墨烯-TRI溶于DMF中，配成濃度為8-12mg/ml的石墨烯-TRI/DMF溶液，超聲分散25-30分鐘；

將磺化聚苯醚溶于DMF中，配成濃度為46-50mg/ml的聚苯醚/DMF溶液，超聲分散25-30分鐘；

將上述石墨烯-TRI/DMF溶液、聚苯醚/DMF溶液混合，所述石墨烯-TRI/DMF溶液、聚苯醚/DMF溶液的體積比為1:5-7；超聲1-2小時(shí)，倒入培養(yǎng)皿中，放入真空干燥箱在70-85℃下真空干燥20-30小時(shí)，待膜成型后，放入95-105℃的恒溫干燥箱處理1-2小時(shí)，揭膜并測(cè)得其膜厚，將膜放入到1.8-2mol/L的硫酸溶液中，在60-65℃水浴中浸泡4-5小時(shí)，取出膜用去離子水洗凈膜表面的殘酸，放入58-60℃的鼓風(fēng)機(jī)干燥1-3小時(shí)，干燥后的膜為成品膜。

所述的磺化聚苯醚的制備方法包括以下步驟：

取聚苯醚，加入到氯仿中，攪拌均勻，置于20-30℃的水浴鍋中恒溫10-20min；