納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法
2023-07-28 20:08:56
納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法。該質子交換膜的組成及其質量百分比：磺化度為57%～80%的SPPS：85.5～99.9%；納米Y2O3粉末：0.1%～14.5%。本發明方法是以SPPS為基體，稀土金屬氧化物納米Y2O3為填充相，製備出均勻混合制膜液。然後採用流延或壓製成膜的方法，經乾燥製備出無機-有機複合膜。本發明製備成本低，所製得的SPPS/Y2O3質子交換膜電導率高、阻醇性能良好，在40°C～110°C下的電導率為8.1×10-3～1.9×10-2S/cm。阻醇係數達到1.0×10-8～6.5×10-7cm2/s。吸水率為12.49%~60.12%。
【專利說明】納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法，特別是一種納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其製備方法。
【背景技術】
[0002]質子交換膜(PEM)作為目前能源領域研究和開發的熱點直接甲醇燃料電池(DMFC)的核心部分，其材料必須具有良好的質子傳導性、適宜的甲醇透過率以及良好的抗水溶脹性即質子傳導率至少應達到10_2 S/cm，甲醇滲透係數低於10_6 cm2/s。使質子交換膜在DMFC中具有較長使用壽命。
[0003]目前應用最廣泛的是以美國DuPont公司商業化的Nafion膜為代表的全氟磺酸膜，長期使用這種氟化物會嚴重汙染環境，在使用溫度超過80 ° C時，質子傳導率明顯下降，限制了全氟磺酸膜在燃料電池中的進一步應用。為此，需進一步製備綜合性能優異的質子交換膜。
[0004]磺化聚苯硫醚(SPPS)材料因具有高機械強度、優異的熱穩定性及化學穩定性成為直接甲醇燃料電池用質子交換膜的重點研究材料。用濃硫酸對聚苯硫醚磺化，將磺酸基團引入到聚苯硫醚的主鏈上，由於磺酸基親水相與聚合物骨架上苯環、碳硫鍵等疏水相的存在，可使得聚苯硫醚材料具有一定的質子傳導率，並且聚苯硫醚製備成本較低、耐熱穩定性優異能滿足燃料電池對質子交換膜材料的要求。但是，這種材料的磺化度(DS)會直接影響質子交換膜的性能，因此要選擇合適的磺化度來進行摻雜制膜。在磺化聚苯硫醚質子交換膜的方案設計上，通常需要對磺化聚苯硫醚磺化度及改性的方法進行綜合考慮，得到最佳的質子交換膜。
【發明內容】
[0005]本發明的目的之一在於提供一種納米氧化釔(Y2O3)改性磺化聚苯硫醚質子交換膜。
[0006]本發明的目的之二在於提供該質子交換膜的製備方法。
[0007]為達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜，其特徵在於該該交換膜的組成及其質量百分比為:
磺化聚苯硫醚SPPS85.5%~99.9% ；
納米Y2O3粉末0.1%~14.5%。
[0008]所述的磺化聚苯硫醚SPPS的結構式為:
【權利要求】
1.一種納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜，其特徵在於該該交換膜的組成及其質量百分比為: 磺化聚苯硫醚SPPS85.5%~99.9% ； 納米Y2O3粉末0.1%~14.5%。 所述的磺化聚苯硫醚SPPS的結構式為:
2.根據權利要求1所述的納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜，其特徵在於所述的磺化聚苯硫醚的磺化度為57%~80%。
3.一種製備根據權利要求1或2所述的納米氧化釔改性磺化聚苯硫醚質子交換膜的方法，其特徵在於該方法的具體步驟為: a.將聚苯硫醚溶解在制膜溶劑中，配製成質量百分比濃度為10%~50%的制膜液； b.在步驟a所得的制膜液中，加入納米Y2O3粉末，在20° C~80 ° C下，攪拌使納米Y2O3粉末在制膜液中分散均勻，得到混合制膜液； c.將步驟b所得混合制膜液製成膜後在20° C~90 ° C下揮發溶劑，得到溼膜； d.將步驟c所得溼膜 在50° C~180 ° C下恆溫乾燥I h~24 h ;或者先在40 ° C~110 ° C下乾燥2 h~24 h，再升溫至120 ° C~180 ° C乾燥I h~7 h，得到納米Y2O3改性中高磺化度磺化聚苯硫醚質子交換膜。
4.根據權利要求3所述的改性中高磺化度磺化聚苯硫醚質子交換膜的製備方法，其特徵在於所用的制膜溶劑為:N，N- 二甲基甲醯胺DMF或N，N- 二甲基乙醯胺DMAC。
【文檔編號】H01M8/02GK103467990SQ201310430185
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】郭強, 李夏, 錢君質, 張天驕, 畢宸洋, 陳新新 申請人:上海大學