[發明專利]一種阻醇型聚芳醚電解質膜材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810291607.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108470921A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 董發勇;蔣益
• 申請（專利權）人: 常州達奧新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M2/16
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發明涉及一種阻醇型聚芳醚電解質膜材料的制備方法，屬于電解膜材料技術領域。本發明采用膠原蛋白和聚乙烯醇混合并經水解形成氨基酸接枝至聚乙烯醇材料表面，通過氨基改性聚乙烯醇，再經磺酸基團改性處理，引入自身帶有磺酸基團的大分子交聯劑，再通過熱處理使磺酸基團與氨基發生交聯反應，制備含氨基的磺化聚芳醚酮砜/磺化聚乙烯醇交聯膜，由于磺化聚乙烯醇本身具有良好的阻醇性能，同時磺酸基團與氨基之間存在的酸堿作用使它們可以以酸堿對的形式存在，為質子提供質子傳輸位點并促進質子的傳導，此外，形成的交聯網絡結構能夠有效的抑制甲醇的滲透，使制備的電解質膜材料具有優異的致密結構。

技術領域

本發明涉及一種阻醇型聚芳醚電解質膜材料的制備方法，屬于電解膜材料技術領域。

背景技術

對于以聚合物膜為電解質來傳遞離子、隔絕燃料和氧化劑的燃料電池來說，其核心部件為聚合物電解質膜。聚合物電解質膜材料大致可以分為兩大類：質子交換膜，PEM）和陰離子交換膜。這種膜的重要作用體現在其綜合性能的優良與否直接影響燃料電池的各項使用效能和性能指標。它作為燃料電池的核心組成部分，具有十分重要的地位，它不僅要具有優異的阻隔燃料和氧化劑的能力，并且還要具有良好的離子傳導能力，這樣才能使燃料電池正常工作運轉。那么性能優異的聚合物電解質膜材料就需要具備如下特點：（1）在膜的加工制造和實際運用過程中，首先要保證膜具有良好的的機械性能、尺寸穩定性和優異的熱穩定性，這樣才能使電解質膜以及燃料電池處于正常的工作狀態。（2）膜中必須含有具有離子傳導能力的載體。（3）聚合物電解質膜的工作環境十分苛刻的，如：強酸、強堿環境，此時，膜就必須擁有十分優異的化學穩定性和較強的耐腐蝕性，這樣才能保證膜的使用效率及壽命。（4）高的離子傳導率無疑是聚合物電解質膜得以應用的重要指標。（5）阻隔電子通過以及隔絕陽極和陰極的能力。（6）盡量薄的厚度，這樣可以有效的降低整個電池體系的成本。（7）對于直接甲醇燃料電池，低的甲醇滲透系數是十分重要的，因為過高的甲醇滲透會直接導致燃料的浪費和電池效率的損失。（8）低廉的成本。聚合物電解質膜在未來能夠推廣并且商業化的前提就是要具有低廉的成本。

芳香型聚合物，如：聚芳醚酮、聚芳醚砜作為特種工程塑料具有優異的熱力學穩定性、良好的化學穩定性和相對低廉的成本。由于這類材料在改性之后仍能保留上述優點，因此改性后的芳香型聚合物也被廣泛的應用于聚合物電解質膜領域中。然而，在高磺化度和高溫條件下，用作質子交換膜的磺化芳香型聚合物膜的甲醇滲透情況嚴重，尺寸穩定性急劇下降；用作陰離子交換膜的季銨型芳香聚合物膜在強堿性環境下存在耐堿穩定性差、季銨基團容易脫落降解和離子傳導率低的問題。為了解決上述問題，開發出高性能的聚合物電解質膜材料迫在眉睫。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：針對現有電解質膜材料阻醇性較差的問題，提供了一種阻醇型聚芳醚電解質膜材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

（1）取膠原蛋白并置于粉碎機中粉碎，收集得粉碎料并按質量比1:10，將粉碎料與去離子隨攪拌混合并調節pH至8.0，得改性液并將中性蛋白酶添加至改性液中，水解處理，過濾并收集濾液得水解膠原蛋白液；

（2）按重量份數計，分別稱量45～50份水解膠原蛋白液、10～15份聚乙烯醇、3～5份戊二醛、1～2份質量分數1％鹽酸和55～65份120#溶劑油置于三口燒瓶中，水浴加熱，靜置冷卻至室溫，過濾并收集濾液，洗滌得改性交聯顆粒；

（3）按重量份數計，分別稱量45～50份二甲基亞砜、10～15份環氧氯丙烷、3～5份質量分數1％氫氧化鈉溶液和10～15份改性交聯顆粒置于三口燒瓶中，再在65～75℃下水浴加熱2～3h，得混合液，再將中性蛋白酶添加至混合液中，再按質量比1:25，將過硫酸鉀添加至混合液中，水浴加熱，靜置冷卻至室溫，離心分離，得下層沉淀；