[發明專利]一種高溫質子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810286112.6
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108649257B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 福建永同豐超低能耗建筑研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1048;H01M8/1051
• 代理公司: 福州科揚專利事務所 35001
• 代理人: 羅立君

1.一種高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)雙羥乙基砜-4,5-二羧基咪唑縮聚物的制備：將雙羥乙基砜、4,5-二羧基咪唑、催化劑溶于甲苯中，并加入到帶有分水器的圓底燒瓶中，在氮氣或惰性氣體氛圍下80-90℃下攪拌反應2-3小時，在溫度110-130℃下攪拌反應6-8小時，后旋蒸除去溶劑，并用水洗滌產物3-5次，再用乙酸乙酯洗滌4-8次，最后置于真空干燥箱中80-90℃下烘10-15小時；

2)縮聚物的改性：將經過步驟1)制備得到的縮聚物、2-氯乙基甲基磺酸、堿性催化劑溶于高沸點溶劑中，在70-80℃下攪拌反應4-6小時，然后在水中沉出，并用水洗5-8次后置于真空干燥箱中100-110℃下烘10-15小時；所述高沸點溶劑選自二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種；

3)澆注成膜：將經過步驟2)制備得到的改性后的縮聚物溶于二甲亞砜，并向溶液中加入金屬有機框架，超聲15-20分鐘，后澆注在聚四氟乙烯板上，并置于70-80℃的鼓風干燥箱中烘8-12小時，得到聚合物膜；

4)磷酸摻雜：將步驟3)中制備得到的聚合物膜浸泡在70-80℃下質量分數為60-80％的磷酸溶液中20-30小時，后取出用濾紙擦拭膜表面，并置于70-80℃下真空干燥20-30小時，得到高溫質子交換膜。

2.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述雙羥乙基砜、4,5-二羧基咪唑、催化劑、甲苯的質量比為1:1:(0.3-0.7)：(5-10)。

3.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述催化劑選自硫酸鋯、硫酸鈰、鈦酸四丁酯、鋯酸異丙酯中的一種或幾種。

4.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體選自氦氣、氖氣、氬氣中的一種或幾種。

5.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述縮聚物、2-氯乙基甲基磺酸、堿性催化劑、高沸點溶劑的質量比為(3-5):1:(1-2):(10-15)。

6.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述堿性催化劑選自氰化鈉、叔丁基醇鉀、氫氧化鉀、碳酸鉀中的一種或幾種。

7.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述改性后的縮聚物、二甲亞砜、金屬有機框架的質量比為1：(50-80)：(0.1-0.3)；步驟4)中所述聚合物膜、磷酸溶液的質量比為1：(80-120)。

8.根據權利要求1所述的高溫質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述金屬有機框架選自MOF-5、ZIF-8、HKUST或MIL-101中的一種或幾種。

9.一種采用權利要求1-8任一項所述高溫質子交換膜的制備方法制備得到的高溫質子交換膜。

10.一種采用權利要求9所述高溫質子交換膜作為聚電解質膜的高溫質子交換膜燃料電池。