[發(fā)明專利]一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108155406B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 李曉錦;時冉;苗紀遠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M8/1072
• 分類號: H01M8/1072;H01M8/1046
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜及其制備方法。本發(fā)明所提供的燃料電池質(zhì)子交換膜主要以殼聚糖和磷硅玻璃為原料。其制備的方法是通過分別制備殼聚糖溶液和磷硅玻璃溶液或者磷硅玻璃粉末，然后將磷硅玻璃溶液或者粉末摻雜到殼聚糖溶液中充分攪拌均勻，得到混合溶液。將溶液倒至于聚四氟乙烯模盤中，干燥后剝離即得到磷硅玻璃摻雜殼聚糖高溫質(zhì)子交換膜。本發(fā)明原料價格低廉，制備工藝簡單，反應條件比較溫和，并且制備得到的質(zhì)子交換膜在高溫低濕度甚至無水條件下仍具有較高的質(zhì)子電導率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一類以質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)的燃料電池體系，而質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心部件，對電池性能與壽命起到?jīng)Q定性的作用。用于PEMFC的質(zhì)子交換膜需要具有高的H⁺傳導能力，還需要在高溫低濕工作條件下具有良好的質(zhì)子電導率和一定的機械強度。

目前常用的質(zhì)子交換膜材料有全氟磺酸聚合物、聚芳醚酮、聚醚醚酮、殼聚糖和聚酰胺等聚合物。其中基于殼聚糖的質(zhì)子交換膜的研究得到了越來越多的關(guān)注，這是因為殼聚糖廣泛存在于蟹殼和蝦殼中，為甲殼素脫乙酰基的產(chǎn)物，具有低毒、生物相容性、可降解性等優(yōu)點，殼聚糖成膜工藝簡單，成本低。另外，殼聚糖分子上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)保證了殼聚糖膜的熱化學穩(wěn)定性，以及足夠的力學性能。殼聚糖單體上存在羥基和氨基，表明殼聚糖膜具有制備成高性能質(zhì)子膜的潛力。但是，研究表明未經(jīng)交聯(lián)和改性的殼聚糖干膜在室溫下的質(zhì)子傳導率僅為10^-9S·cm^-1，相當于絕緣材料。因此需要對其進行改性處理，提高其質(zhì)子電導率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜的制備方法，能夠提高殼聚糖干膜的質(zhì)子傳導率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜的制備方法，將正硅酸乙酯、鹽酸和磷酸水溶液混合均勻得到磷硅玻璃溶液，將磷硅玻璃溶液與殼聚糖溶液進行混合后放入冰水浴中攪拌獲得溶膠，將獲得的溶膠放入模具中進行熱處理、干燥獲得膜材料，再采用堿性溶液洗滌膜材料獲得耐水膜材料即為磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜。

本發(fā)明的目的之二是提供另一種磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜的制備方法，將正硅酸乙酯、鹽酸和磷酸水溶液混合均勻得到的磷硅玻璃溶液放入冰水浴靜置，再進行干燥、粉碎獲得磷硅玻璃粉末，然后將磷硅玻璃粉末加入至質(zhì)子酸改性的殼聚糖溶液中獲得膠體溶液，將獲得的溶膠放入模具干燥獲得膜材料，再采用堿性溶液洗滌膜材料獲得耐水膜材料即為磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜。

本發(fā)明的目的之三是提供一種上述制備方法制備的磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜。

本發(fā)明的目的之四是提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池，采用上述磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明采用磷硅玻璃摻雜殼聚糖制備出了中溫質(zhì)子交換膜，反應條件溫和，制備工藝簡單。

2.本發(fā)明采用磷硅玻璃摻雜殼聚糖制備的中溫質(zhì)子交換膜在中溫低濕度甚至無水條件下仍具有較高的質(zhì)子電導率。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1為實施例1制備的磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片；

圖2為實施例3制備的磷硅玻璃摻雜殼聚糖中溫質(zhì)子交換膜的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片。

具體實施方式