[發明專利]一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110270133.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113113651A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 任杰;李明新;楊志祎;劉曉凱;郭亞卿
• 申請（專利權）人: 嘉寓氫能源科技（遼寧）有限公司
• 主分類號: H01M8/1072
• 分類號: H01M8/1072;H01M8/1086;H01M8/1041
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：氨基化骨架化合物的制備，將FeCl₃·6H₂O和氨基對苯二甲酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中后，倒入帶有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，將反應釜在150-175℃條件下20-30h，自然冷卻至室溫，離心收集粗產物，洗滌粗產物，將粗產物145-155℃條件下烘干22-27h，然后將其分散到乙醇中，滴入三氟甲烷磺酸鹽，充分攪拌后將乙醇蒸干，用乙醇洗滌產物表面并將其在75-85℃烘干，得到氨基化骨架化合物；

S2：將側基含羧基的磺化聚芳醚酮基材溶解于二甲基亞砜中，形成鑄膜液，將有機蒙脫土和S1得到的氨基化骨架化合物加入鑄膜液，超聲攪拌，將其澆在光滑潔凈的玻璃板表面，55-65℃烘干20-30h成膜，再95-110℃烘干22-26h，將所得膜繼續170-185℃烘干2.5-3h，再將復合膜放入到硫酸溶液中。

2.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：步驟S1中，FeCl₃·6H₂O和氨基對苯二甲酸的重量比為1：（0.5-0.7），FeCl₃·6H₂O和氨基對苯二甲酸的總重量與N,N-二甲基甲酰胺的體積加入比為（13-15）mL/g。

3.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：步驟S1中，FeCl₃·6H₂O與三氟甲烷磺酸鹽的重量比為1：（1-1.3）。

4.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中，氨基化骨架化合物的重量為側基含羧基的磺化聚芳醚酮基材重量的0.5-0.7%。

5.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中，硫酸濃度為0.1-0.4mol/L。

6.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中，鑄膜液中加入S1得到的氨基化骨架化合物的同時，加入有機蒙脫土，超聲攪拌25-28h，有機蒙脫土的重量為側基含羧基的磺化聚芳醚酮基材重量的0.1-0.4%。

7.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：所述有機蒙脫土包括以下制備步驟：在鈉基蒙脫土中加入水，攪拌至鈉基蒙脫土完全溶脹，并在60-65℃條件下保溫，然后將十六烷基三甲基溴化銨溶液緩慢滴加到鈉基蒙脫土中，鈉基蒙脫土與十六烷基三甲基溴化銨溶液中的十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1：（0.3-0.5），反應6-7h，然后將得到的沉淀過濾、洗滌、干燥、研磨過300目篩。

8.根據權利要求1所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：所述側基含羧基的磺化聚芳醚酮基材包括以下制備步驟：依次加入酚酞啉、四甲基聯苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃，再加入二甲基亞砜和甲苯，攪拌至固體物質均溶解，持續攪拌、通氮氣條件下，將體系升溫到 135-145℃，使甲苯回流3-5h，除去產生的水，然后除盡甲苯，加熱升溫到 170-185℃ 并保持 1.5-2.5h，最后將得到的粘稠聚合物溶液傾倒入裝有去離子水的燒杯中，析出沉淀，再將聚合物固體過濾粉碎，洗滌、干燥。

9.根據權利要求8所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：所述酚酞啉、四甲基聯苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃的重量比為1：（0.7-0.8）：（0.65-0.7）：（1.30-1.35）：（1.0-1.2）。

10.根據權利要求8所述的一種氫燃料電池用質子交換膜材料的制備方法，其特征在于：所述二甲基亞砜和甲苯的體積比為1：（0.35-0.38），酚酞啉、四甲基聯苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃的總重量與二甲基亞砜和甲苯的總體積之比為1g：（2.5-2.6）mL。