低温直接甲醇燃料电池用聚苯乙烯磺酸膜及其制备方法

摘要

本发明涉及电化学的燃料电池技术,更具体是指低温直接甲醇燃料电池用聚苯乙烯磺酸膜及其制备方法。本发明是以工业级的聚苯乙烯为原料,在惰性气体保护下以酰化剂与浓硫酸的络合物作磺化剂,进行磺化,并通过流延法或者其它成膜方法制备低磺化度的聚苯乙烯磺酸膜。通过控制聚苯乙烯磺酸膜的磺化程度和磺酸基团的分布状况来对聚苯乙烯磺酸膜进行改性,在不影响膜的质子传导性能的前提下,降低了甲醇在膜内的渗透率,提高了膜材料的阻醇性能。本发明基本解决了直接甲醇燃料电池用质子交换膜的甲醇渗透难题,并且其生产工艺相对较简单,原材料价格较低,生产成本相对较低。它可用作低温直接甲醇燃料电池的新型质子交换膜。

主权项

1.一种低温直接甲醇燃料电池用低磺化度聚苯乙烯磺酸膜的制备方法，其特征在于包括以下三个步骤：(一)磺化剂—酰基硫酸络合盐的制备：酰化剂与1，2-二氯乙烷按1∶0.5～3.5的比例混合置于试管中，配制成溶液，并通入惰性气体进行保护，将此溶液冷冻，而后在通惰性气体保护下，再加入浓硫酸，并盖上盖子密封备用；(二)低磺化度聚苯乙烯磺酸膜材料的制备：(1)将聚苯乙烯颗粒溶于1，2-二氯乙烷配制成重量体积比浓度为10克/ 升～300克/升的溶液置于回流装置中，并通入惰性气体保护；(2)在流动的惰性气体环境下不停搅拌，加热此溶液至室温～85℃，将预 先制备的酰基硫酸络合物按相当于聚苯乙烯摩尔量的10％～80％的比 例注入溶液中，在此温度下回流进行磺化反应0.5～5小时，最后加入 1～30ml的2-丙醇，停止反应；(3)将所得到的溶液冷却，真空蒸发浓缩后，将浓缩液以注射方式逐滴滴 加进0.1L～4.5L蒸馏水中直至聚合物沉淀完全；(4)过滤聚合物沉淀，置于回流装置中用蒸馏水洗涤0.5～5小时，再次过 滤，最后将最终产物在室温～85℃下0.6个大气压～常压干燥0.5～50 小时，即得到低磺化度的聚苯乙烯磺酸膜材料；(三)膜的制备：采用流延法，将上述所得到的聚苯乙烯磺酸膜材料溶解于甲苯和丁醇的混合溶剂中，甲苯与丁醇的体积比为7∶4～1，制成高分子溶液，将此溶液平铺在聚四氟乙烯盘上流延，在室温下真空干燥至溶剂蒸发完全，再在室温～60℃，0.6个大气压～常压条件下干燥10～120分钟；或者采用压延法、浸胶法或涂浆法工艺制备得到聚苯乙烯磺酸膜。