[發明專利]耐高溫磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010198966.6
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111253605A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 翟鳳霞
• 申請（專利權）人: 素水能源科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08J7/04;C09D179/08;H01M8/1027;H01M8/1032;H01M8/1041;H01M8/1069;C08L79/08
• 代理公司: 蘇州九方專利代理事務所(特殊普通合伙) 32398
• 代理人: 段新穎

本發明公開了一種耐高溫磺化聚酰亞胺?聚酰亞胺復合膜及其制備方法，提供的磺化聚酰亞胺?聚酰亞胺復合膜通過在磺化聚酰亞胺基膜上刮涂聚酰亞胺溶液制得。該復合膜主結構都是聚酰亞胺，相容性好，耐高溫性能好；所以可以集高導電率、高阻醇性能于一體；利用該復合膜制得的膜電極，具有良好的電池性能。

技術領域

本發明涉及質子交換膜領域，具體是涉及一種耐高溫磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜及其制備方法。

背景技術

燃料電池因其效率高，無噪音等特點，日益受到全球的關注，按照隔膜的不同，燃料電池又可分為質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池等；而質子交換膜燃料電池因其操作溫度在200℃以內，被認為最有潛力大面積推廣的技術，因此更是受到廣泛的關注；作為質子交換膜燃料電池的核心部件，質子交換膜是人們關注的焦點；系列全氟磺酸膜是目前應用最為廣泛的商業化質子交換膜，具有質子導電率高，抗自由基氧化性優異等優點；然而其高昂的造價以及較高的燃料透過率一定程度上限制了其發展。開發相對低廉的磺化碳氫聚合物膜則是人類探索的其中一條道路，其中磺化聚酰亞胺是一類綜合性能良好的替代材料，但其抗自由基氧化性較差，在專利《磺化聚酰亞胺-Nafion復合膜及其制備方法》中我們嘗試利用磺化聚酰亞胺-Nafion復合技術提高抗自由基性能，但由于Nafion的特性，其制成的膜電極(MEA)高溫性能表現一般，鑒于此，本發明設計了該磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合結構。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種耐高溫磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜及其制備方法。磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜以磺化聚酰亞胺為基膜，兩側各有一層聚酰亞胺微孔層。制備時加入造孔劑，形成聚酰亞胺的微孔結構，同時由于基膜和微孔層主鏈都是聚酰亞胺結構，相容性非常好，可使氫離子透過的界面阻力非常小。同時因微孔層的存在，大大降低了甲醇與磺化聚酰亞胺的接觸，從而提高其使用壽命。同時鑒于聚酰亞胺的耐高溫性，制得的膜電極(MEA)高溫性能有了大幅提高。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種耐高溫磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜，其結構包括磺化聚酰亞胺膜基膜，以及基膜兩側復合的聚酰亞胺微孔層。

一種耐高溫磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)基膜的制備：將磺化聚酰亞胺溶解在有機溶劑中，配置成質量濃度為2％-15％的鑄膜液，過濾后待用，將玻璃板清洗干凈后置于50-90℃的加熱平臺上，后將鑄膜液澆筑其上，后于80-150℃真空烘箱中干燥，得到的膜在乙醇中充分洗滌，之后烘干后得到一定厚度的磺化聚酰亞胺基膜。

(2)聚酰亞胺溶液的配置：將聚酰亞胺樹脂和造孔劑溶解在有機溶劑中，二者的質量比介于1:0.5～2之間，配置成質量濃度為1％-10％的鑄膜液，過濾后備用；

(3)復合膜的制備：將基膜固定在玻璃板上，采用刮涂的方法分別在基膜兩側上涂覆一層聚酰亞胺溶液，并于50-80℃鼓風烘箱中干燥4-8h，隨后在100-130℃真空烘箱中熱處理1-5h，在基膜兩側均形成一層聚酰亞胺微孔層，得到的復合膜在乙醇中充分洗滌，烘干后得到所述磺化聚酰亞胺-聚酰亞胺復合膜。

進一步的，磺化聚酰亞胺的離子交換容量(IEC)為1.0-2.5mmol/g。

進一步的，步驟(1)中的有機溶劑為間甲酚、1-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種。

進一步的，步驟(2)中造孔劑和聚酰亞胺樹脂的質量為1:2-2:1。

進一步的，步驟(2)中的有機溶劑為、1-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一種。

進一步的，基膜厚度為10-50μm，聚酰亞胺層厚度為5-30μm。