本發明涉及(ji)(ji)的是一種(zhong)電(dian)化學技術領域的電(dian)解質(zhi)及(ji)(ji)其制備方法，具體是一種(zhong)中溫質(zhi)子交換膜及(ji)(ji)其制備方法。

背景技術：

燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)是通過電(dian)(dian)化(hua)學反應將燃(ran)(ran)料中(zhong)的(de)(de)化(hua)學能直接轉化(hua)為電(dian)(dian)能的(de)(de)發電(dian)(dian)裝置。在各種(zhong)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)，中(zhong)溫(wen)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)(運行溫(wen)度在100-400℃)展示出了(le)吸引人的(de)(de)優勢。相比(bi)于(yu)低溫(wen)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)，中(zhong)溫(wen)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)擁有增強的(de)(de)co耐受性、更(geng)高的(de)(de)催化(hua)效率和電(dian)(dian)極動力學等；相比(bi)于(yu)高溫(wen)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)，中(zhong)溫(wen)燃(ran)(ran)料電(dian)(dian)池(chi)(chi)所用材(cai)料的(de)(de)選擇余地更(geng)寬(kuan)，因而可降低材(cai)料成本。

燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)核心是(shi)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)，它決定(ding)了(le)燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)工作(zuo)溫(wen)(wen)度。迄今，在各(ge)種燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)中，熔(rong)融(rong)(rong)碳(tan)酸鹽(yan)(yan)燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)(moltencarbonatefuelcell，mcfc)是(shi)唯一(yi)使(shi)(shi)用(yong)熔(rong)融(rong)(rong)態電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)的(de)燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)。為了(le)保持該電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)為熔(rong)融(rong)(rong)態，要(yao)求燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)工作(zuo)溫(wen)(wen)度高于(yu)550℃(標準工作(zuo)溫(wen)(wen)度是(shi)650℃)。相比于(yu)其(qi)它燃(ran)料電(dian)池(chi)(chi)(chi)，mcfc的(de)最(zui)大(da)優勢在于(yu)采用(yong)熔(rong)融(rong)(rong)態電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)，易(yi)實(shi)現(xian)氣體(ti)(ti)密(mi)封、以(yi)及可減(jian)小電(dian)極與電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)的(de)界面接(jie)觸電(dian)阻。并(bing)且，因(yin)其(qi)熔(rong)融(rong)(rong)態，熔(rong)融(rong)(rong)碳(tan)酸鹽(yan)(yan)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(例如(li0.52na0.48)2co3、(li0.62k0.38)2co3)需要(yao)裝載于(yu)一(yi)個多(duo)孔(kong)陶瓷(ci)支撐體(ti)(ti)中。而(er)為了(le)維持其(qi)良好(hao)機械強(qiang)度，mcfc擁有非常厚(hou)的(de)電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(0.5–1.5mm)，造成電(dian)解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)歐姆功率損(sun)耗增加。另一(yi)方(fang)面，550–650℃的(de)操(cao)作(zuo)溫(wen)(wen)度限(xian)制了(le)材(cai)(cai)料選擇(ze)范圍，以(yi)至于(yu)不能使(shi)(shi)用(yong)柔性的(de)聚(ju)合物作(zuo)為支撐體(ti)(ti)，而(er)只能使(shi)(shi)用(yong)耐溫(wen)(wen)、但脆性且易(yi)裂的(de)陶瓷(ci)材(cai)(cai)料。

技術實現要素：

本發明(ming)提供(gong)一種中(zhong)溫(wen)質子(zi)(zi)交換(huan)膜及其制備(bei)方(fang)法。中(zhong)溫(wen)質子(zi)(zi)交換(huan)膜適(shi)宜于(yu)工(gong)作在100–400℃中(zhong)溫(wen)區，采用(yong)高機(ji)械強(qiang)度的(de)柔(rou)性(xing)(xing)聚(ju)(ju)合物(wu)作為支(zhi)撐(cheng)基(ji)體，裝載具有高質子(zi)(zi)導(dao)電能力的(de)熔融態含氧酸鹽，并(bing)(bing)且可采用(yong)傳統的(de)流延涂膜法制備(bei)超薄(bo)(10-100μm)支(zhi)撐(cheng)基(ji)體。聚(ju)(ju)苯并(bing)(bing)咪唑(pbi)與氟聚(ju)(ju)合物(wu)(如pvdf)具有良(liang)好(hao)的(de)機(ji)械強(qiang)度、化(hua)學(xue)穩定性(xing)(xing)、以及熱穩定性(xing)(xing)，本發明(ming)將(jiang)其用(yong)作聚(ju)(ju)合物(wu)支(zhi)撐(cheng)基(ji)體。

本(ben)發明的(de)目的(de)是通過以(yi)下技術(shu)方(fang)案實現(xian)的(de)：

本發明提供了一種(zhong)中溫質子交換(huan)膜，包(bao)括(kuo)耐(nai)熱(re)聚合物基體(ti)和含(han)氧(yang)酸鹽，所述含(han)氧(yang)酸鹽裝載(zai)于耐(nai)熱(re)聚合物基體(ti)中。所述含(han)氧(yang)酸鹽具有質子導電能力。

優選地，所(suo)述耐熱聚合物基體與(yu)含氧(yang)酸鹽的重量比為(wei)1：(0.1～5)。

更優選地，所述耐熱聚合物(wu)基(ji)體與(yu)含氧(yang)酸鹽的重量(liang)比為(wei)1：0.35～5。

優選地，，所述耐熱聚(ju)合物(wu)為耐熱碳氫聚(ju)合物(wu)、氟(fu)聚(ju)合物(wu)中的(de)一種或者多種的(de)組合；

所述含氧酸鹽為mhxo4、mh2x’o4、mh5(x’o4)2中的一種或多種的組合，其中m為cs、rb、k或nh4⁺，x為s或se，x’為p或as。

優選(xuan)地，所(suo)述耐熱碳氫聚(ju)(ju)(ju)合物為聚(ju)(ju)(ju)苯并咪唑(pbi)；所(suo)述氟(fu)聚(ju)(ju)(ju)合物為聚(ju)(ju)(ju)偏氟(fu)乙烯(xi)(pvdf)。

優(you)選(xuan)地，所(suo)述含氧(yang)酸鹽為過(guo)磷(lin)酸鹽mh5(po4)2；更優(you)選(xuan)為過(guo)磷(lin)酸氫銫(csh5(po4)2)。

本(ben)發(fa)明提(ti)供了一種所(suo)述的(de)中溫質子交(jiao)換膜的(de)制備方法(fa)，包括(kuo)以下步(bu)驟：

s1、將耐熱(re)聚合物溶(rong)解于溶(rong)劑中，得(de)到溶(rong)液a；

s2、將所述溶液a澆鑄于一基板(ban)上，干(gan)燥后固(gu)化成膜(mo)c；

s3、將所述膜c用水清洗，烘干后得到膜d；

s4、將所述的(de)膜d浸泡于(yu)熔融的(de)含氧酸(suan)鹽中，浸泡后(hou)處(chu)理掉膜表面殘留(liu)的(de)含氧酸(suan)鹽，得到(dao)所述中溫質子(zi)交換(huan)膜。

優(you)選地(di)，步驟s1中(zhong)，所(suo)述(shu)溶劑(ji)為二甲(jia)(jia)(jia)基甲(jia)(jia)(jia)酰(xian)胺(an)(dmf)、二甲(jia)(jia)(jia)基乙酰(xian)胺(an)(dmac)、n-甲(jia)(jia)(jia)基吡(bi)咯烷酮(tong)(nmp)、二甲(jia)(jia)(jia)基亞砜(dmso)、丙酮(tong)、乙醇、甲(jia)(jia)(jia)基丙酮(tong)、甲(jia)(jia)(jia)基乙丙酮(tong)中(zhong)的一種(zhong)(zhong)或幾(ji)種(zhong)(zhong)。更(geng)優(you)選溶劑(ji)為二甲(jia)(jia)(jia)基乙酰(xian)胺(an)(dmac)。

優選地，步驟s2中(zhong)，所(suo)述基(ji)板為(wei)玻璃基(ji)板。

優(you)選地(di)，步驟s1中，所述(shu)溶解(jie)溫(wen)度(du)為低于溶劑沸點(dian)10-50℃，溶解(jie)時間(jian)(jian)為5-15h。所述(shu)溶解(jie)溫(wen)度(du)過高(gao)，溶劑蒸發；溶解(jie)溫(wen)度(du)過低，導致(zhi)耐(nai)熱聚合物溶解(jie)時間(jian)(jian)過長(chang)。所述(shu)溶解(jie)時間(jian)(jian)過短，耐(nai)熱聚合物不(bu)能(neng)充分溶解(jie)；溶解(jie)時間(jian)(jian)過長(chang)，更(geng)多溶劑揮發，造(zao)成浪費(fei)，且浪費(fei)時間(jian)(jian)。

優選地(di)，步驟s4中(zhong)，所述(shu)膜(mo)d浸(jin)泡(pao)于熔(rong)融的(de)含(han)(han)氧酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)中(zhong)，浸(jin)泡(pao)溫度為高于含(han)(han)氧酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)的(de)熔(rong)融溫度5-20℃，浸(jin)泡(pao)時(shi)間(jian)為1-24h。所述(shu)溫度過(guo)低含(han)(han)氧酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)不(bu)能(neng)充(chong)分熔(rong)化(hua)；溫度過(guo)高操作不(bu)便，且(qie)浪(lang)費(fei)能(neng)源。所述(shu)浸(jin)泡(pao)時(shi)間(jian)太(tai)(tai)短，熔(rong)融的(de)含(han)(han)氧酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)不(bu)能(neng)充(chong)分浸(jin)入耐(nai)熱聚合物中(zhong)；浸(jin)泡(pao)時(shi)間(jian)太(tai)(tai)長(chang)，浪(lang)費(fei)時(shi)間(jian)和能(neng)源。

本發明(ming)提供(gong)了一種中(zhong)溫質子交換膜制(zhi)備的(de)燃(ran)料電(dian)池(chi)。

與(yu)現有(you)技術相比，本發明(ming)具有(you)如下的有(you)益效果(guo)：

熔融碳酸(suan)鹽電解(jie)質工作(zuo)于550～650℃溫(wen)區，需要(yao)使用(yong)耐溫(wen)、但脆性(xing)且易裂的(de)陶(tao)瓷支撐(cheng)基體。與此(ci)對比(bi)，本發(fa)明(ming)提供的(de)中溫(wen)質子交換膜適(shi)宜于工作(zuo)在100～400℃溫(wen)區，運行溫(wen)度更低(di)，因而能夠采用(yong)高機械強度且具(ju)有(you)柔性(xing)的(de)耐熱聚合物(wu)作(zuo)為支撐(cheng)基體。

本發明提供了(le)一種生產成本低廉、工藝(yi)簡單、操作性強的制(zhi)備方法。本發明所制(zhi)備的中溫質子(zi)交換膜(mo)(mo)有望在(zai)中溫燃料電(dian)池、以及電(dian)解池、超級(ji)電(dian)容等相關需要中溫質子(zi)傳(chuan)導(dao)電(dian)解質膜(mo)(mo)的電(dian)化學裝置中得到廣(guang)泛應(ying)用(yong)。

附圖說明

通過閱(yue)讀參照(zhao)以(yi)下附(fu)圖對(dui)非限(xian)制(zhi)性實施例所(suo)作的(de)詳細(xi)描(miao)述，本(ben)發明(ming)的(de)其(qi)它特(te)征、目(mu)的(de)和優點將(jiang)會變得(de)更明(ming)顯：

圖1是(shi)實施例(li)1制(zhi)備的中溫質(zhi)子交換膜(mo)的掃描電鏡照片；

圖2是實施(shi)例(li)1制備(bei)的(de)中溫質子交(jiao)換膜的(de)質子電導率(lv)與溫度的(de)關系圖；

圖3是使用實(shi)施例1的中溫(wen)熔融質子(zi)導(dao)體裝配的中溫(wen)燃(ran)料電池的輸(shu)出性(xing)能曲(qu)線。

具體實施方式

下(xia)面結合具體實(shi)施例對本發明(ming)進(jin)行(xing)詳細說明(ming)。以(yi)(yi)下(xia)實(shi)施例將有助于本領(ling)域的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)人員進(jin)一步理解本發明(ming)，但不(bu)以(yi)(yi)任(ren)何形式限制本發明(ming)。應當指出的(de)是，對本領(ling)域的(de)普通(tong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)人員來說，在不(bu)脫離本發明(ming)構(gou)思的(de)前提(ti)下(xia)，還可以(yi)(yi)做出若干變(bian)化和(he)改(gai)進(jin)。這些(xie)都屬(shu)于本發明(ming)的(de)保(bao)護范圍。

實施例1

本實施例中(zhong)，作(zuo)為基體的(de)耐熱聚(ju)合物是聚(ju)苯(ben)并咪唑(pbi)。具(ju)體包括如下步驟：

步驟(zou)1：聚(ju)苯并咪(mi)唑(zuo)(pbi)溶(rong)于120℃的二(er)甲基乙酰胺(dmac)，在120℃保溫并且經過持續(xu)10小時的強力攪拌得到聚(ju)苯并咪(mi)唑(zuo)(pbi)(5wt％)溶(rong)液a；

步驟2：將溶液a澆注涂(tu)覆(fu)于玻璃基板上，干(gan)燥后固(gu)化成膜b；

步驟3：對(dui)于步驟3中固(gu)化后的膜b用水清洗，烘干后得(de)到基(ji)體膜c；

步(bu)驟(zou)4：將步(bu)驟(zou)4中固化后(hou)的(de)基(ji)體膜c浸漬(zi)到160℃的(de)熔(rong)融過磷酸氫銫(se)(csh5(po4)2)中，保溫(wen)24h，最終得到中溫(wen)質子交換膜。

實施例2

本實施(shi)例中，作為基體的耐熱聚合物是聚苯并(bing)咪唑(pbi)。具體包括如下(xia)步驟：

步驟(zou)1：聚(ju)(ju)苯(ben)并(bing)咪唑(pbi)溶(rong)于120℃的(de)二甲(jia)基甲(jia)酰胺(dmf)，在120℃保溫并(bing)且經過(guo)持續(xu)10小時的(de)強力(li)攪拌得到聚(ju)(ju)苯(ben)并(bing)咪唑(pbi)(5wt％)溶(rong)液a；

步(bu)驟2：將溶液(ye)a澆注涂覆于玻璃基板上，干燥后固化成(cheng)膜b；

步驟3：對于步驟3中(zhong)固化后的(de)膜b用水清洗，烘干后得到基體(ti)膜c；

步驟4：將步驟4中固化后的基(ji)體膜(mo)c浸漬到160℃的熔融(rong)過磷酸氫銫(csh5(po4)2)中，保溫1h，最終得到中溫質子交換膜(mo)。

實施例3

本實施例(li)中，作為基體的耐熱聚合物是聚苯并咪(mi)唑(pbi)。具體包括(kuo)如下(xia)步(bu)驟(zou)：

步(bu)驟1：聚苯并咪唑(zuo)(pbi)溶于120℃的二甲基(ji)亞(ya)砜(feng)(dmso)，在120℃保溫并且經過持續10小(xiao)時的強(qiang)力(li)攪拌得到聚苯并咪唑(zuo)(pbi)(5wt％)溶液a；

步(bu)驟(zou)2：將溶液a澆注(zhu)涂(tu)覆于玻璃基板(ban)上(shang)，干燥后(hou)固化成膜b；

步驟(zou)3：對于步驟(zou)3中(zhong)固化后(hou)的(de)膜b用(yong)水清洗，烘(hong)干后(hou)得到基體膜c；

步(bu)驟(zou)4：將步(bu)驟(zou)4中(zhong)固化后的(de)基體膜c浸(jin)漬(zi)到160℃的(de)熔融過磷酸氫(qing)銫(csh5(po4)2)中(zhong)，保溫150h，最終(zhong)得到中(zhong)溫質子交換膜。

實施例4

本實(shi)施(shi)例中，作(zuo)為基(ji)體的耐熱聚合物(wu)是聚偏氟(fu)乙烯(pvdf)。具體包(bao)括如下(xia)步驟(zou)：

步(bu)驟1：聚(ju)偏氟乙烯(pvdf)溶(rong)于(yu)120℃的二甲基乙酰胺(an)(dmac)，在120℃保(bao)溫并且經(jing)過持續10小(xiao)時的強力攪拌得到聚(ju)偏氟乙烯(pvdf)(15wt％)溶(rong)液a；

步驟2：將溶液a澆(jiao)注(zhu)涂覆于玻璃(li)基(ji)板上，干(gan)燥后固化成(cheng)膜b；

步驟3：對于步驟3中固(gu)化后(hou)的膜(mo)(mo)b用(yong)水清洗，烘干后(hou)得到(dao)基體(ti)膜(mo)(mo)c；

步驟4：將(jiang)步驟4中固化后的(de)基體膜c浸漬到160℃的(de)熔融過磷酸氫銫(csh5(po4)2)中，保溫24h，最終得到中溫質子交(jiao)換膜。

實施例5

本實施例中，作為基體(ti)的耐熱聚合物是聚苯(ben)并咪唑(pbi)。具體(ti)包括如下(xia)步驟(zou)：

步驟1：聚(ju)苯并咪唑(pbi)溶于(yu)120℃的二甲基(ji)乙酰胺(an)(dmac)，在120℃保溫并且經過持續10小時的強(qiang)力攪拌得到聚(ju)苯并咪唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步(bu)驟(zou)2：將(jiang)溶液a澆(jiao)注(zhu)涂覆于玻璃基板上，干燥后固化成(cheng)膜b；

步驟(zou)3：對(dui)于(yu)步驟(zou)3中固化后(hou)(hou)的(de)膜(mo)b用水清洗，烘干后(hou)(hou)得到基體膜(mo)c；

步驟4：將步驟4中固(gu)化后的(de)基體膜c浸漬到160℃的(de)熔融(rong)過磷(lin)酸氫鉀(jia)(kh5(po4)2)中，保溫24h，最終得到中溫質(zhi)子(zi)交換(huan)膜。

實施例6

本實施例中，作為基體的耐熱聚合物是(shi)聚苯并咪唑(pbi)。具體包(bao)括如下(xia)步驟：

步驟(zou)1：聚苯(ben)并咪唑(pbi)溶于120℃的(de)二甲基乙(yi)酰胺(dmac)，在120℃保(bao)溫并且經過持續10小時的(de)強(qiang)力攪拌(ban)得(de)到(dao)聚苯(ben)并咪唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將(jiang)溶液a澆注(zhu)涂覆(fu)于玻璃基板上，干(gan)燥后固(gu)化成膜b；

步驟3：對于步驟3中(zhong)固化后的(de)膜b用水清(qing)洗，烘干后得到基體膜c；

步驟4：將(jiang)步驟4中(zhong)固化后(hou)的基體(ti)膜c浸漬到(dao)160℃的熔融過磷酸氫銣(ru)(rbh5(po4)2)中(zhong)，保溫24h，最終(zhong)得到(dao)中(zhong)溫質(zhi)子交換膜。

實施例7

本實施例中，作為基體(ti)(ti)的耐熱聚合物是聚苯并咪唑(pbi)。具體(ti)(ti)包括(kuo)如下步驟(zou)：

步驟(zou)1：聚苯(ben)(ben)并咪唑(zuo)(pbi)溶于120℃的二(er)甲基乙酰胺(dmac)，在120℃保溫并且(qie)經過持續(xu)10小時的強力(li)攪拌得到聚苯(ben)(ben)并咪唑(zuo)(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶(rong)液(ye)a澆(jiao)注涂(tu)覆于玻璃(li)基板上，干燥后固化成膜b；

步(bu)(bu)驟3：對(dui)于步(bu)(bu)驟3中(zhong)固化后的膜b用水清(qing)洗(xi)，烘干后得到基體膜c；

步驟4：將步驟4中(zhong)(zhong)固化(hua)后的基(ji)體膜(mo)c浸漬(zi)到160℃的熔融kh5(aso4)2中(zhong)(zhong)，保溫24h，最終得到所制備(bei)的中(zhong)(zhong)溫質子交換膜(mo)。

實施例8

本實施例中(zhong)，作為基體(ti)的耐熱(re)聚合物是聚苯并咪唑(pbi)。具體(ti)包括(kuo)如(ru)下步驟：

步驟1：聚苯并(bing)咪唑(pbi)溶于120℃的二甲基乙酰(xian)胺(an)(dmac)，在120℃保(bao)溫(wen)并(bing)且經過持續10小(xiao)時的強力(li)攪拌得(de)到聚苯并(bing)咪唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步(bu)驟2：將溶液a澆注(zhu)涂覆于玻璃基板上，干燥后固化成膜b；

步(bu)驟3：對于步(bu)驟3中固化后的膜(mo)(mo)b用水(shui)清洗，烘干后得到基體(ti)膜(mo)(mo)c；

步(bu)驟(zou)4：將步(bu)驟(zou)4中(zhong)固化后的基(ji)體膜(mo)c浸漬(zi)到(dao)160℃的熔融csh2po4中(zhong)，保溫(wen)24h，最終得到(dao)中(zhong)溫(wen)質(zhi)子交換(huan)膜(mo)。

實施例9

本(ben)實(shi)施例中，作為(wei)基體的(de)耐熱聚合物是聚苯并咪(mi)唑(pbi)。具體包(bao)括如下(xia)步驟：

步驟1：聚苯并(bing)咪(mi)唑(pbi)溶于120℃的(de)二(er)甲基(ji)乙(yi)酰胺(dmac)，在120℃保溫并(bing)且經過(guo)持續10小時(shi)的(de)強力攪(jiao)拌得到聚苯并(bing)咪(mi)唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶液a澆注涂(tu)覆于玻璃基板上，干燥后(hou)固(gu)化成膜b；

步驟(zou)3：對于步驟(zou)3中固(gu)化后(hou)的膜(mo)b用水清洗(xi)，烘干后(hou)得到(dao)基體(ti)膜(mo)c；

步驟4：將步驟4中固化(hua)后的(de)基體膜c浸漬到160℃的(de)熔(rong)融(rong)nh4h2po4中，保溫24h，最終得(de)到中溫質子(zi)交換膜。

實施例10

本實施(shi)例中，作為基體的耐熱聚合物是聚苯并咪唑(pbi)。具體包括(kuo)如下步(bu)驟(zou)：

步(bu)驟1：聚(ju)苯并(bing)咪唑(zuo)(pbi)溶于120℃的(de)二甲基乙酰胺(dmac)，在(zai)120℃保溫并(bing)且經過持續10小時的(de)強(qiang)力攪拌得到聚(ju)苯并(bing)咪唑(zuo)(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶液(ye)a澆注(zhu)涂覆于(yu)玻璃基板上，干燥后固化成膜b；

步驟3：對(dui)于步驟3中固化后的(de)膜b用水清洗，烘干(gan)后得(de)到(dao)基(ji)體膜c；

步驟4：將步驟4中(zhong)固化后的基體膜c浸漬到160℃的熔融rbh2po4中(zhong)，保溫(wen)24h，最(zui)終得到中(zhong)溫(wen)質子(zi)交換膜。

實施例11

本實施例中，作為(wei)基體的耐熱聚(ju)合物是聚(ju)苯并(bing)咪唑(pbi)。具體包括如下步驟：

步驟1：聚苯并(bing)咪唑(pbi)溶于120℃的(de)二甲(jia)基(ji)乙酰(xian)胺(dmac)，在120℃保溫并(bing)且經(jing)過(guo)持續10小時(shi)的(de)強(qiang)力攪(jiao)拌(ban)得到聚苯并(bing)咪唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶液(ye)a澆注涂覆于玻璃(li)基板上，干燥后固化成膜b；

步驟3：對(dui)于步驟3中固化后的膜b用水(shui)清洗，烘干后得到基體(ti)膜c；

步驟(zou)(zou)4：將步驟(zou)(zou)4中(zhong)(zhong)固化后的(de)基(ji)體膜c浸(jin)漬到160℃的(de)熔(rong)融kh2po4中(zhong)(zhong)，保溫24h，最終(zhong)得到中(zhong)(zhong)溫質(zhi)子交(jiao)換膜。

實施例12

本實施例中，作為基(ji)體的耐熱聚合物是聚苯并咪唑(pbi)。具(ju)體包括如下步驟：

步驟1：聚苯(ben)并咪(mi)唑(pbi)溶于120℃的二甲(jia)基乙(yi)酰胺(dmac)，在120℃保(bao)溫(wen)并且經(jing)過持續10小時(shi)的強力攪拌得到聚苯(ben)并咪(mi)唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶(rong)液a澆注涂覆于玻璃基板上，干燥后固(gu)化成膜(mo)b；

步(bu)驟3：對于(yu)步(bu)驟3中固化后的膜(mo)b用(yong)水清洗，烘干后得到(dao)基(ji)體膜(mo)c；

步驟4：將步驟4中(zhong)固(gu)化后的基體(ti)膜c浸漬(zi)到(dao)160℃的熔融(rong)cshso4中(zhong)，保(bao)溫24h，最終得到(dao)中(zhong)溫質子交換膜。

實施例13

本實施例中，作為基體(ti)的耐熱聚(ju)合(he)物是聚(ju)苯(ben)并咪唑(pbi)。具體(ti)包括如下(xia)步驟：

步驟1：聚苯并咪唑(pbi)溶于120℃的二甲基(ji)乙酰胺(dmac)，在120℃保溫并且(qie)經過持續(xu)10小時的強力(li)攪拌得到聚苯并咪唑(pbi)(5wt％)溶液(ye)a；

步驟(zou)2：將溶液a澆注涂覆于玻璃基板上，干(gan)燥(zao)后固化成膜b；

步(bu)驟(zou)3：對于步(bu)驟(zou)3中固化(hua)后的(de)膜b用水清(qing)洗，烘干(gan)后得到基體膜c；

步(bu)(bu)驟4：將(jiang)步(bu)(bu)驟4中(zhong)固化后(hou)的(de)基(ji)體膜(mo)c浸漬到(dao)160℃的(de)熔融khso4中(zhong)，保溫24h，最終得到(dao)中(zhong)溫質子交換膜(mo)。

實施例14

本實施例(li)中，作(zuo)為(wei)基體(ti)的耐熱聚(ju)合物是聚(ju)苯并咪(mi)唑(pbi)。具體(ti)包括如下步驟：

步(bu)驟1：聚(ju)苯(ben)并(bing)咪唑(pbi)溶于150℃的(de)二甲(jia)基乙(yi)酰胺(dmac)，在150℃保溫并(bing)且經(jing)過(guo)持續5小時的(de)強力攪拌(ban)得到聚(ju)苯(ben)并(bing)咪唑(pbi)(5wt％)溶液a；

步驟2：將溶(rong)液a澆(jiao)注(zhu)涂覆于玻璃(li)基板上(shang)，干燥(zao)后固化成膜b；

步(bu)驟3：對于(yu)步(bu)驟3中固化后(hou)的膜b用水清洗，烘(hong)干后(hou)得(de)到基體膜c；

步驟4：將步驟4中固化(hua)后(hou)的基體膜(mo)c浸漬到(dao)(dao)160℃的熔融rbhso4中，保溫(wen)24h，最(zui)終得到(dao)(dao)中溫(wen)質子(zi)交換膜(mo)。

實施例性能測試

使用jsm-7800f場發射掃描電子顯微鏡獲得所制備樣品的橫截面照片。使用dma8000動態力學分析儀對所制備樣品進行機械性能測試，測試樣品的尺寸為3mm×30mm(寬×長)；測試條件為室溫下，拉伸速度為0.3n/min。質子電導率測試：使用導電銀膠在測試樣品上分別制備兩個平行且等長度的電極，用阻抗譜儀(si-1260，solartron)測試質子電導率，測試交流電壓為20mv。樣品放入烘箱中，且在烘箱中通入80℃飽和水蒸氣條件下，進行測試。質子電導率測試溫度在100-400℃范圍之內。單電池性能測試：使用sglgroup公司的s10cc型號鉑載量為0.5mgcm^-2的碳紙，制備活化面積為5cm²的膜電極，將氫氣和氧氣分別通入單電池的陰、陽極，氫氣和氧氣的氣體流量均為60cm³min^-1，并且通過加入0.12mlmin^–1的水(shui)，對氫(qing)氣加(jia)濕，燃料電池性能測試溫度在(zai)100-400℃范(fan)圍之內。

實(shi)施例1制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)基體中(zhong)(zhong)裝載csh5(po4)2的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)溫質(zhi)子交換(huan)膜，如圖1所示。所制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)溫質(zhi)子交換(huan)膜擁有良好的(de)(de)(de)柔韌性和機械性能。

由圖2可以看出，實施例1制備的中溫質子交換膜的質子電導率都隨溫度升高而提高。具體來說，在100-140℃溫區，質子電導率隨溫度逐步提高，其值約為10^–5–10^–3scm^–1，這是因為csh5(po4)2的熔點在150℃左右，在此溫度范圍，csh5(po4)2仍處于固態，質子電導率處于較低水平；在140-160℃溫區，csh5(po4)2發生熔化，導致質子電導率快速提高，達到10^–3–10^–2scm^–1；在160-250℃溫區，csh5(po4)2已處于(yu)熔融(rong)態(tai)，隨溫度提升，質(zhi)(zhi)子電(dian)導率緩慢提高(gao)；超過250℃，因csh5(po4)2的脫水，使得質(zhi)(zhi)子濃度減小，導致質(zhi)(zhi)子電(dian)導率有微小降低。

基于(yu)實施(shi)例1的(de)中溫(wen)質子交(jiao)換膜裝配了燃料(liao)(liao)電池的(de)單電池，測(ce)試(shi)溫(wen)度為(wei)200℃，如圖(tu)3所示，其開路電壓(ocv)達到1.02v，展現出(chu)良好燃料(liao)(liao)電池輸出(chu)性能。

各實施例所制備的(de)(de)中溫質子交換膜的(de)(de)成分比例與性能、以及使用(yong)該(gai)電(dian)解質裝配(pei)的(de)(de)燃料電(dian)池的(de)(de)性能，如表1所示。

表1

綜(zong)上所述，本發明(ming)制備的(de)(de)中(zhong)溫(wen)(wen)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)子交換膜不僅具有(you)高的(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)子電(dian)導率、良(liang)好的(de)(de)熱穩定性(xing)，而且(qie)具有(you)出色的(de)(de)機械性(xing)能(neng)。其適宜(yi)于工(gong)作在100-400℃溫(wen)(wen)區(qu)，運行溫(wen)(wen)度(du)低于熔(rong)融(rong)(rong)碳酸(suan)鹽(yan)電(dian)解質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，由此能(neng)夠采用高機械強度(du)的(de)(de)柔性(xing)聚合物作為(wei)支撐基體，裝載熔(rong)融(rong)(rong)態含氧(yang)酸(suan)鹽(yan)。本發明(ming)公(gong)開的(de)(de)熔(rong)融(rong)(rong)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)子導體電(dian)解質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)膜，制備工(gong)藝簡便，適合工(gong)業化生產(chan)；同時其廉價的(de)(de)原(yuan)材(cai)料(liao)有(you)助(zhu)于降低電(dian)解質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)膜以及(ji)燃料(liao)電(dian)池的(de)(de)成本，有(you)望在中(zhong)溫(wen)(wen)燃料(liao)電(dian)池領域(yu)、以及(ji)相關需要(yao)中(zhong)溫(wen)(wen)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)子傳(chuan)導電(dian)解質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)膜的(de)(de)領域(yu)得到廣泛應用。

以(yi)上(shang)對本發(fa)明的(de)具體實施例進行了(le)描述。需要理解的(de)是，本發(fa)明并(bing)(bing)不(bu)局限于上(shang)述特定實施方式，本領域技術人員(yuan)可(ke)以(yi)在權(quan)利(li)要求的(de)范圍內(nei)做出各種變化或修改，這并(bing)(bing)不(bu)影響本發(fa)明的(de)實質內(nei)容(rong)。在不(bu)沖(chong)突的(de)情況下，本申請的(de)實施例和(he)實施例中的(de)特征可(ke)以(yi)任意(yi)相互組(zu)合(he)。