[发明专利]燃料电池用SiO2三维超薄膜增强的复合质子交换膜的制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用SiO₂三维超薄膜增强的复合质子交换膜的制备方法，其特征在于步骤为：

步骤1、环氧树脂微滤膜的制备：首先将环氧树脂与胺类以重量比1∶1～10∶1在聚乙二醇介质中完全溶解，聚乙二醇与环氧树脂的重量比在1∶1～10∶1范围，得到澄清溶液，脱除气泡，进行浇铸，在35-85℃保温4小时以上，单体溶液粘度不断增大，发生聚合的同时产生相分离，凝胶固化成白色的环氧树脂初生态膜，最后将初生态膜浸入水中，除去介质聚乙二醇，获得环氧树脂微滤膜；

步骤2、三维SiO₂超薄膜的制备：将步骤1中的三维骨架结构的环氧树脂微滤膜在正硅酸乙酯中浸泡1～5小时，之后，在30～60℃的氨水气氛中暴露10～20小时，正硅酸乙酯在环氧树脂微滤膜模板孔道内原位水解，产生的SiO₂在模板孔道表面沉积，形成三维SiO₂连续相包覆的环氧树脂复合膜，干燥1～5小时以除去生成的乙醇和吸附的氨水，再于马弗炉中升温至600～900℃，保持10～60分钟，高温下煅烧，除去环氧树脂，同时使SiO₂烧结定型，包覆在环氧树脂表面的SiO₂即可形成三维SiO₂超薄微孔膜；

步骤3、SiO₂超薄膜增强的复合质子交换膜的制备：在步骤2得到的SiO₂微孔膜上浇铸一定量的全氟磺酸树脂溶液，全氟磺酸树脂溶液采用醇溶剂的溶液，质量百分浓度在3-10％范围，于30-120℃加热1-24h，挥发溶剂后在真空气氛下120-200℃热处理里5min-5h，质子化、去离子水洗涤后得到SiO₂超薄微孔膜增强的复合质子交换膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的全氟磺酸树脂溶液采用的溶剂是低沸点溶剂的乙醇、异丙醇、或者丙酮，或者中沸点溶剂的正丁醇、或者甲苯，或者高沸点溶剂的二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、或者N，N-二甲基乙酰胺，或者是它们的任意混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤1中，环氧树脂微滤膜的孔结构为开放连通的三维骨架网络结构，孔径大小和孔隙率通过聚乙二醇(PEG)的分子量、含量以及聚乙二醇的复配进行调控。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的步骤1中，介质聚乙二醇的选择以分子量在400-2000之间较合适，聚乙二醇与环氧树脂的重量比在2.5∶1～6∶1范围。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤1中，胺的选择以二乙烯三胺或三乙烯四胺为优，环氧树脂/胺的重量比在2.5∶1～5∶1为优。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤2中，获得的三维SiO₂超薄微孔膜，其骨架壁厚为15～90纳米可控，微孔膜孔隙率在75％～90％，平均孔径在0.6～2.0微米，三维SiO₂超薄微孔膜骨架壁厚的调控通过重复正硅酸乙酯的浸涂次数来增大其厚度，或者通过环己胺稀释正硅酸乙酯减薄其厚度。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的步骤2中，所述的环己胺稀释正硅酸乙酯时二者的质量比为1∶3～3∶1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤3中，获得的SiO₂超薄膜增强的复合质子交换膜，SiO₂与全氟磺酸树脂呈双相连续互穿网络结构，SiO₂含量在10％至40％之间，由SiO₂膜的孔隙率决定，获得的SiO₂超薄膜增强的复合质子交换膜，厚度在10-300微米。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的选用的环氧树脂为商品通用牌号E-44的环氧树脂，即100g树脂的摩尔数0.22。