[發(fā)明專利]一種燃料電池用復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010969078.X
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112086673B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵志剛;呂波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M8/124
• 分類號: H01M8/124;H01M8/1213;C08J7/14;B82Y30/00;B82Y40/00;C08L79/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 周瑩;李馨

1.一種復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜，其特征在于，復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜原料包括聚苯并咪唑、C₃N₄和磷酸，所述C₃N₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1.5wt.％；所述C₃N₄的制備方法為：

雙氰胺溶于草酸或檸檬酸溶液中，真空干燥后煅燒，煅燒后研磨成粉末，分別用0.25-1.5M鹽酸溶液清洗0.5-3h、去離子水清洗0.5-2h，所得固體干燥即得；

所述C₃N₄為納米片狀結(jié)構(gòu)，片層厚度為4-10nm，在復(fù)合膜中均勻分散。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜，其特征在于，所述雙氰胺與草酸或檸檬酸的質(zhì)量比為1:1-5:1；所述真空干燥條件為50-80℃、20-40h；所述煅燒條件為：從室溫加熱到500-600℃，升溫速率為3-8℃min^-1，空氣氣氛下，煅燒3-6h；所述固體干燥的溫度為60℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜，其特征在于，所述聚苯并咪唑?yàn)閙PBI(聚2,2'-(間苯基)-5,5'-聯(lián)苯并咪唑)、ABPBI(聚(2,5苯并咪唑))、OPBI(聚2,2'-(對二苯醚基)-5,5'-聯(lián)苯并咪唑)、帶磺酸基側(cè)鏈的PBI、帶膦酸基側(cè)鏈的PBI、超支化PBI的一種或多種組合。

4.一種權(quán)利要求1所述的復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)以強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑超聲分散C₃N₄，得到C₃N₄分散液S1；

(2)聚苯并咪唑(PBI)溶于強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑，攪拌加熱后得到PBI溶液S2；

(3)將S1、S2混合后得到鑄膜液S3，S3澆鑄在帶凹槽的平板玻璃上，干燥后將膜浸漬磷酸中即得。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)和(2)中所述強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑獨(dú)立的為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)之中的一種或二種以上。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于，

所述步驟(1)中C₃N₄在分散液S1中的質(zhì)量濃度為0.25-2mg/10ml；所述步驟(2)中聚苯并咪唑在溶液S2中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8-5wt.％；

所述步驟(1)中超聲功率為50-300W，超聲時間為0.5-6h；所述步驟(3)中混合方式為磁力攪拌，攪拌功率為50-100W，攪拌時間為1-12h；

所述步驟(3)磷酸濃度為50-85％，浸漬溫度為50-150℃，浸漬時間為6-24h。

7.一種燃料電池膜電極，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜。

8.一種燃料電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合型高溫質(zhì)子交換膜或權(quán)利要求7所述的膜電極。