一種含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，屬于高溫燃料電池用質(zhì)子交換膜的【技術(shù)領(lǐng)域】。含側(cè)基聚苯并咪唑聚合物是在PBI分子鏈上引入側(cè)基，優(yōu)選的聚合物是含間位苯甲基聚苯并咪唑或含苯側(cè)基聚苯并咪唑。質(zhì)子交換膜的制備，是將含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物溶于DMSO中在玻璃板上烘干成薄膜，再浸入磷酸3～108小時(shí)，制得磷酸摻雜含側(cè)基的聚苯并咪唑質(zhì)子交換膜。本發(fā)明的磷酸摻雜含側(cè)基的苯并咪唑質(zhì)子交換膜，在保持較好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性的前提下，具有更高的磷酸摻雜水平及傳導(dǎo)率。
【專利說明】一種含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫燃料電池用質(zhì)子交換膜的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高磷酸摻雜水 平、高穩(wěn)定性、高質(zhì)子傳導(dǎo)率的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物薄膜，在高溫低濕度環(huán)境下工作 的質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年來質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC)以其高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)受到了學(xué)術(shù)界和 工業(yè)界的廣泛關(guān)注。PEMFC是以聚合物電解質(zhì)膜作為導(dǎo)電介質(zhì)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量 轉(zhuǎn)換裝置。其中質(zhì)子交換膜（PEM)作為PEMFC的核心，其性能起到至關(guān)重要的作用。然而傳 統(tǒng)的以Nafion為代表的全氟磺酸膜以及磺化芳香族聚醚類膜，雖然具有較高的傳導(dǎo)率，但 因其受到傳導(dǎo)機(jī)理和傳導(dǎo)介質(zhì)的限制使其在高溫（>l〇〇°C)低濕度時(shí)質(zhì)子傳導(dǎo)率顯著降 低。因此限制了其在高溫燃料電池中的應(yīng)用。然而經(jīng)研究表明膜在高溫低濕度環(huán)境下工作 時(shí)，在提高質(zhì)子傳導(dǎo)率的同時(shí)伴隨著產(chǎn)生眾多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)利益的優(yōu)點(diǎn)如：提 高Pt催化劑對(duì)于CO的耐受能力、加強(qiáng)剩余熱量管理、增強(qiáng)PEM對(duì)燃料中雜質(zhì)的抵抗能力、 增加反應(yīng)物的擴(kuò)散速率、降低技術(shù)成本等。從以上眾多優(yōu)點(diǎn)不難看出，設(shè)計(jì)在高溫低濕度下 具有高傳導(dǎo)率的質(zhì)子交換膜材料具有很高的學(xué)術(shù)和商業(yè)價(jià)值。
[0003] 近年來，聚苯并咪唑（PBI)因其具有致密的分子結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，以 及良好的機(jī)械性能和阻燃料滲透性能等得到了學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，引起了研究熱潮。已經(jīng)被 廣泛應(yīng)用于紡織纖維、膜材料、導(dǎo)電材料、防火材料、超濾器等領(lǐng)域。而自20世紀(jì)90年代，美 國凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的研究人員首次使用磷酸（PA)摻雜商品化的Celazole，即為2, 2'-m_(phe nylene) _5, 5'_bibenzimidazole，（meta-PBI，結(jié)構(gòu)式如【a】）作為燃料電池的質(zhì)子交換膜以 來，因其在高溫低濕度下顯示出高的質(zhì)子傳導(dǎo)性能、低氣體滲透性以及良好的氧化穩(wěn)定性 和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使得以難揮發(fā)性磷酸摻雜的聚苯并咪唑薄膜成為最有前途的高溫PEM 候選膜材料之一，因而得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注及研究（參見J.Electrochem.Soc.，1995， 142,121-123)。
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 一種含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其特征在于，將含側(cè)基的 聚苯并咪唑聚合物制備成薄膜，再浸入磷酸制得磷酸摻雜含側(cè)基的聚苯并咪唑質(zhì)子交換 膜；所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物，結(jié)構(gòu)為，
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其特征 在于，所述的含側(cè)基聚苯并咪唑聚合物，是含間位苯甲基聚苯并咪唑或含苯側(cè)基聚苯并咪 唑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其 特征在于，所述的將含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物制備成薄膜，是將含側(cè)基的聚苯并咪唑聚 合物以1 : 10的固液比溶解在二甲亞砜溶劑中，攪拌使含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物充分溶 解；將含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物溶液傾倒在玻璃板上，階段升溫至120°C烘干，再120°C 真空下烘24小時(shí)，冷卻至室溫后得到含側(cè)基聚苯并咪唑薄膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其特征 在于，所述的階段升溫至120°C烘干，是在80°C下烘12小時(shí)，100°C下烘12小時(shí)，至120°C下 烘12小時(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其 特征在于，所述的浸入磷酸制得磷酸摻雜含側(cè)基的聚苯并咪唑質(zhì)子交換膜，是將含側(cè)基的 聚苯并咪唑薄膜浸入質(zhì)量濃度為85%的磷酸中，并在160°C下進(jìn)行磷酸吸附，吸附時(shí)間3? l〇8h ;取出含側(cè)基的聚苯并咪唑薄膜擦去表面的磷酸，再放入真空烘箱中KKTC下烘5h，獲 得各種磷酸摻雜水平的含側(cè)基的苯并咪唑質(zhì)子交換膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的含側(cè)基的聚苯并咪唑聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用，其特征 在于，所述的吸附時(shí)間，為72h。
【文檔編號(hào)】C08J7/14GK104341607SQ201410449530
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】劉佰軍, 李曉白, 鳳鵬舉, 馬洪偉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)