一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜及制备方法   0    0

本发明提出一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜及制备方法，将萤石粉体、含硼原料、含铝原料、氟硅酸钠粉体和二氧化锰混合均匀后投入玻璃窑炉进行熔制，然后将熔融的玻璃液引流至玻纤网形成薄膜，冷却定型后通过激光预制微孔玻璃，为磺化聚醚醚酮提供固定网络，同时通过单体聚合形成聚酰亚胺的过程将磺化二氧化硅、磺化高岭土固定在微孔玻璃内，制备得到由聚酰亚胺保护，微孔玻璃固定的高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜，本发明提供上述方法克服了现有磺化聚醚醚酮用于质子交换膜在高温工作条件下易被溶胀破损的缺陷，使得质子交换膜的保水性、质子传导性和机械强度提高，适合在150‑200℃的高温下稳定工作。

1.一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜的结构为：内层采用微孔玻璃作为微孔结构网络支架，网络孔洞内填充磺化质子传输材料，所述微孔玻璃与所述磺化质子传输材料之间浸润填充磺化聚醚醚酮树脂，外层四周采用聚酰亚胺薄膜包裹保护的结构；
所述微孔玻璃的原料为萤石粉体、含硼原料、含铝原料、氟硅酸钠粉体和二氧化锰粉体，其中，所述含硼原料硼镁石、硼酸钙、硬硼钙石中的一种或两种以上的混合，含铝原料为氧化铝、铝酸钙、硅酸铝、铝硅酸钙中的一种或两种以上的混合；所述磺化质子传输材料为质量比为1:0.5-1.5的磺化二氧化硅和磺化高岭土。

2.权利要求1所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，具体制备方法为：
（1）将8-13质量份萤石粉体、4-9质量份含硼原料、8-10质量份含铝原料、65-80质量份氟硅酸钠粉体和0.1-2质量份二氧化锰混合均匀后投入玻璃窑炉，玻璃窑炉内的温度为
800-950℃，进行熔制，将熔融的玻璃液引流至玻纤网形成薄膜，控制玻璃薄膜的厚度为
0.1-3 mm，冷却至室温定型，得到玻璃薄膜前驱体；
（2）再将定型后的玻璃薄膜前驱体利用激光扫描打孔，形成孔径为200-700微米微孔玻璃薄膜材料骨架；
（3）将磺化聚醚醚酮树脂溶解于有机溶剂中，所述磺化聚醚醚酮磺化度为50-85％，待完全溶解后，加入磺化质子传输材料，高速搅拌后均匀分散，得到复合质子交换粘稠液；
（4）将所述复合质子交换粘稠液均匀涂覆在所述微孔玻璃薄膜材料骨架上下表面，待所述复合质子交换粘稠液充分浸入微孔玻璃之后，在8-20Pa的低压条件下，抽出有机溶剂，凝固得到固化膜；
（5）在所述固化膜上下表面浸溶二胺与二酐，加热至40-50℃得到由聚酰亚胺保护层，形成微孔玻璃固定的玻璃基燃料电池质子交换膜。

3.根据权利要求2所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述激光扫描打孔的激光功率为100-600W，激光光斑为120-500微米，孔间距为
0.1-0.3毫米。

4.根据权利要求2所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮与 N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃组成的混合溶液，其中丙酮与N，N- 二甲基乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或四氢呋喃的摩尔比为10:0.1-0.5。

5.根据权利要求2所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述二胺与二酐的摩尔比例为1:1。

6.根据权利要求2所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述二胺为1,6-已二胺、1,3-双(3-氨基丙烷基)四甲基二硅氧烷、1,3-双(4-氨基苯氧基甲烷)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、3,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯醚、4,
4'-二氨基二苯砜、1,4-双（4-氨基苯氧基）苯、2,2-双[(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、双[4-(4-苯氧基)苯基]砜、3,3'-二甲基-4, 4'-二氨基二苯甲烷、1.4-双（4-氨基苯氧基）-2-叔丁基苯、1.4-双（4-硝基苯氧基）-2-叔丁基苯中的一种。

7.根据权利要求2所述的一种高温稳定的玻璃基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述二酐为PMDA 均苯四酸二酐、3,3',4,4'-联苯四酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐、2,2'-双[4-(3,4-二羧苯氧基)苯基]丙烷四酸二酐、2,2'-双 (3,4-二羧苯基)六氟丙烷四酸二酐中的一种。