專利名稱：一種用于甲醇燃料電池的復合質子交換膜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合質子交換膜及其制備方法，具體的說是一種基于聚苯并咪唑(PBI)與兩性離子改性樹枝狀大分子的新型復合質子交換膜及其制備方法，屬于燃料電池領域。
背景技術：
燃料電池作為一種新的能源形式，近年來受到了廣泛的關注。其中直接甲醇燃料電池(DMFC)本身所具有的效率高、結構簡單、能量密度高等優(yōu)點，并且DMFC所使用的燃料 甲醇易于制備、存儲、運輸，這些特點使其在便攜式電源領域具有廣闊的開發(fā)前景和應用價值。目前，DMFC使用的質子交換膜依然是美國杜邦公司生產(chǎn)的Nafion系列全氟磺酸膜。該類全氟磺酸膜本身雖然具有較高的質子傳導率、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機械強度，但用于DMFC時容易出現(xiàn)明顯的缺點(I)在較高溫度下，質子膜中的含水量急劇下降，從而導致質子傳導率下降；(2)對甲醇和水的濃差擴散和電遷移擴散選擇性較低，導致甲醇的透過率較高，這樣不僅浪費燃料而且使電池的性能劣化，嚴重地限制了 DMFC的開發(fā)和應用，因此人們需要開發(fā)導電性能優(yōu)良、甲醇透過率低的新型質子交換膜。由于芳環(huán)主鏈聚合物具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度。因此，采用非氟芳環(huán)主鏈聚合物來制備替代Nafion的新型質子交換膜成為研究趨勢。而有的非氟芳環(huán)主鏈聚合物本身一般并不具有質子傳導率，為了使其可以用于質子交換膜，在其中摻雜一定量具有質子傳導功能的材料，從而使質子膜具有一定的質子傳導率。目前，被研究較多的非氟芳環(huán)主鏈聚合物是聚苯并咪唑(PBI)、聚砜、聚酰亞胺、聚醚醚酮等。其中，聚苯并咪唑(PBI)尤為引人關注。聚苯并咪唑主鏈中含有梯狀結構，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械性能，而且其主鏈上的咪唑環(huán)也可以質子化，而且與Nafion膜相比具有更低的甲醇透過率，因此改性的聚苯并咪唑膜在DMFC應用方面受到了人們廣泛的關注。另外還有關于磺化PBI主鏈的報道，但磺化PBI難以溶解成膜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于直接甲醇燃料電池(DMFC)的兩性離子改性樹枝狀大分子的PBI復合質子交換膜及其制備方法，同時解決現(xiàn)有質子交換膜質子交換率低、甲醇透過率低的技術問題。本發(fā)明提供的用于直接甲醇燃料電池的復合質子交換膜，由以下質量百分比的組分制成聚苯并咪唑為90% 99%，兩性離子改性樹枝狀大分子為1% 10%。所述的兩性離子改性樹枝狀大分子由聚酰胺-胺(PAMAM G3. O或G4. O)與磺內酯反應制得(如圖IB )。[_聚苯并味卩坐為
權利要求
1.一種用于甲醇燃料電池的復合質子交換膜，其特征在于由以下質量百分比的組分制成聚苯并咪唑為90% 99%，兩性離子改性樹枝狀大分子為1% 10%。
2.如權利要求I所述復合質子交換膜，其特征在于所述的兩性離子改性樹枝狀大分子由聚酰胺-胺與磺內酯反應制得。
3.如權利要求I所述的復合質子交換膜，其特征在于聚苯并咪唑為
4.如權利要求書2所述的復合質子交換膜，其特征在于磺內酯為1，3_丙烷磺內酯或者·1,4- 丁烷磺內酯。
5.如權利要求1-4任一項所述復合質子膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將聚苯并咪唑溶于溶劑中制成溶液，兩性離子改性樹枝狀大分子溶于水，兩種溶液混合并充分分散； (2)將上述懸浮液傾倒在干凈平整的玻璃板上，于80 100°C的溫度下靜置成膜，冷卻至室溫，脫模，即得到復合質子交換膜。
6.如權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于所述的溶劑是二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或者二甲基乙酰胺。
7.如權利要求5所述復合質子交換膜的制備方法，其特征在于所指的充分分散是用超聲波作用至透明或者半透明狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于直接甲醇燃料電池的摻雜兩性離子改性的樹枝狀大分子復合質子交換膜及其制備方法，包括做為基體材料聚苯并咪唑(PBI)以及兩性樹枝狀大分子分散液的制備，制備復合膜分散液、流延成膜等步驟，制備工藝簡易且較易控制。復合膜中的兩性離子改性樹枝狀大分子具有較好的親水性能，能夠保持復合膜中的含水量，由于采用PBI為聚合物母體，使復合膜具有較好的阻甲醇性能的同時具有較高的質子傳導率。
文檔編號C08G69/48GK102891328SQ20121038722
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權日2012年10月12日
發(fā)明者丁建寧, 顧宗宗, 袁寧一, 儲富強 申請人:常州大學