[发明专利]一种聚合物－氧化铝复合导电膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物-氧化铝复合导电膜的制备方法，属于无机-高分子 复合材料领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前世界上最先进的一种能将氢气与 空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术。PEMFC具有无噪声、零污 染、无腐蚀、寿命长、工作电流大、比功率高、冷启动快等优点，是电动汽车 和可移动小型供电系统的理想能源，亦作电子设备的不间断电源、分散型电 站、航天和军事装备电源、公共场所应急电源等，其广阔的应用前景正成为世 界各国的研究热点之一。

质子交换膜(PEM)是PEMFC的核心，其性能将直接影响PEMFC的电 池性能、能量转换效率和使用寿命。目前广泛使用的质子交换膜Nafion有很 大的局限性，它只能在低温(80℃)下使用，易被CO中毒，能透过甲醇，并 且价格昂贵，这些都限制了燃料电池的广泛应用。这就迫切需要开发适应性更 好、性价比更高的质子交换膜。我国质子交换膜材料的研究落后于世界先进水 平，并且目前研究也是在Nafion的基础上，对其进行改进为主，国内装配 PEMFC所用的PEM主要依靠进口，因此由我国自主研制耐高温、长寿命、低 价格的新型非氟质子交换膜已势在必行。

发明内容

本发明目的在于提供一种聚合物-氧化铝复合膜的制备方法，该方法操作 简便，制备的复合膜导电率可达10^-5S·cm^-1，而且膜具有较高的热稳定性和机 械强度。

(1)制备高导电的纳米氧化铝粉体：将适量的掺杂物六水合三氯化镧溶 于去离子水中，将适量的表面活性剂溶于溶剂环已烷，将两种溶液混合制成透 明粘稠溶胶，再将铝前驱液加入溶胶在60℃下反应24小时，反应后胶体经过 抽滤、洗涤、干燥、灼烧工序制成具有高导电性的氧化铝粉末。

(2)制备硅氧烷-氧化铝复合物：3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与 甲酸溶液反应生成水解产物，将步骤(1)合成的氧化铝粉末加入水解产物中， 经过过滤、在黑暗条件下干燥工序得到硅氧烷-氧化铝复合物。

(3)制备聚合物-氧化铝复合膜：将单体丙烯酸甲酯(MA)和单体2-丙 烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)按摩尔比4∶1、8∶1或15∶1的比例混合，然后 与连接体N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于溶剂，氮气鼓泡除去溶液中 的空气，然后加入引发剂2，2’-偶氮二异丁腈(AIBN)和硅氧烷-氧化铝复合 物。经过超声分散、离心分离等，得到混合溶液，将溶液倒入模具中，在60 ℃下经过聚合和取代反应，生成聚合物-氧化铝复合膜。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

在本发明中，运用溶胶-凝胶法制备导电氧化铝粉体，粉体的导电率可通 过掺杂无机盐而改变，本发明中，掺杂1mol％的氯盐可使氧化铝粉体的导电 率提高15倍。

在本发明中，另外添加MA作为单体，并且增加MA的量直至MA与AMPS 的摩尔比为15∶1，可制备得到高机械强度的聚合物膜。另外适当增加连接体的 量，也可提高膜的机械强度。本发明得到的最佳配方是溶液总体积为10ml，总 浓度为4mol/L，MA与AMPS的摩尔比为15∶1，MBAA与AIBN的量分别为 8mol％和3mol％。

附图说明

图1为实施例1所得产品的照片。

图2为实施例1所得产品90％相对湿度下导电率随温度的变化。

具体实施方式

下面应用实例对本发明作进一步的阐述：

实施例1：将0.02mol的六水合三氯化镧溶于5.00mol去离子水中，将 0.52mol表面活性剂X114加入5.00mol环已烷中，将两种溶液混合制成透明 粘稠溶胶，再将1mol铝前驱液加入溶胶在60℃下反应24小时，反应后胶体 经过抽滤、洗涤、干燥、灼烧等工序制成具有高导电性的氧化铝粉末。