[发明专利]一种膜电极组合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子领域，特别涉及一种膜电极组合物的制备方法。

背景技术

商业化的水解制氢主要包括质子膜电解水系统，质子膜电解水系统包括质子膜电极和电解质，质子膜电极通过电解质传递质子实现导电的作用。

虽然质子膜电解水系统具有较高的效率和稳定性，但是，由于质子膜电解水系统需要铂基催化剂、氟化质子膜和钛集流板等昂贵材料，所以质子膜电解水系统的材料成本很高，从而严重制约了现有的质子膜电解水系统的发展。

为了降低质子膜电解质的成本，拓宽质子膜电解水系统的发展范围，研究者发现现有的质子膜电极均为酸性质子膜电极，酸性质子膜电极在碱性环境下掺杂的氢氧根离子很容易流失，从而使得膜电极不稳定、易脱水，进而导致膜电极的导电率降低，在高温时还可能导致质子膜电极短路。

发明内容

为了解决现有技术中膜电极的导电率降低的问题，本发明实施例提供了一种膜电极组合物的制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种膜电极组合物的制备方法，所述方法包括

将1,2,7,8-二环氧辛烷、N,N-二甲基乙酰胺和聚苯并咪唑在90℃-150℃下进行反应，所述1,2,7,8-二环氧辛烷与所述N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:1～:4:1，所述1,2,7,8-二环氧辛烷与所述聚苯并咪唑的质量比为1:5～1:20，得到交联聚苯并咪唑膜；

在惰性气体的保护下，将所述交联聚苯并咪唑膜与离子交换液于30～50℃下进行离子交换，所述交联聚苯并咪唑膜与所述离子交换液的摩尔比为1:5～1:30，得到交联聚苯并咪唑阴离子膜；

将1,2,7,8-二环氧辛烷、N,N-二甲基乙酰胺和聚苯并咪唑在室温下混合，所述1,2,7,8-二环氧辛烷与所述N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:1～:4:1，所述1,2,7,8-二环氧辛烷与所述聚苯并咪唑的质量比为1:5～1:20，通过微波定向加热，得到聚苯并咪唑离子聚合物；

将所述聚苯并咪唑离子聚合物通过N,N-二甲基乙酰胺进行溶解并洗涤后进行提纯，得到离子聚合物；

将作为溶质的所述离子聚合物和催化剂与作为溶剂的所述N,N-二甲基乙酰胺混合，所述离子聚合物和所述催化剂的质量比为1:100～21:100，所述离子聚合物和所述N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:15，所述沉淀与所述N,N-二甲基乙酰胺的质量比为1:5，得到第一混合溶液；

在120℃下，将所述第一混合溶液用氮气喷枪均匀涂布在碳纸上，得到涂层电极；在惰性气体保护下，将所述涂层电极进行掺杂处理，得到掺杂的电极复合物；

将所述掺杂的电极复合物与所述交联聚苯并咪唑阴离子膜进行压合，得到所述膜电极组合物。

具体地，所述聚苯并咪唑的制备方法包括：将4,4’-二苯醚二甲酸和3,3′,4,4′-二氨基联苯胺混合，所述4,4’-二苯醚二甲酸和所述3,3′,4,4′-二氨基联苯胺的摩尔比为1:1，得到第二混合液，将五氧化二磷溶解于甲基磺酸中，所述五氧化二磷与所述甲基磺酸的质量比为1:10，得到第三混合液，将所述第三混合液作为介质与所述第二混合液进行回流反应，所述回流反应的升温方式为阶梯式，得到分子量为20,000-40,000g/mol的聚苯并咪唑，并对所述聚苯并咪唑进行纯化。

进一步地，所述回流反应的升温程序为先升温到130℃维持0.5h，再升温到140℃维持0.5h，然后再升温到150℃维持1h。

进一步地，所述对所述聚苯并咪唑进行纯化的方法包括：将所述聚苯并咪唑与丙酮混合，所述聚苯并咪唑与所述丙酮质量比1:10，得到沉淀，将所述沉淀干燥后溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，得到纯化的聚苯并咪唑。

具体地，所述惰性气体为氮气或氩气。

具体地，所述离子交换液为浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液或浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。

具体地，所述微波的输出功率为1500w。

具体地，将所述聚苯并咪唑离子聚合物进行提纯的方法包括：用去离子水洗涤所述聚苯并咪唑离子聚合物，用二甲基乙酰胺溶解所述聚苯并咪唑离子聚合物后再用水洗涤，所述二甲基乙酰胺与所述聚苯并咪唑离子聚合物溶解的质量比为1:10，得到纯净的离子聚合物聚苯并咪唑离子聚合物。

具体地，将所述掺杂的电极复合物制备成膜电极组合物的方法包括：将所述掺杂的电极复合物在惰性气体的保护下，采用热压机将所述交联聚苯并咪唑阴离子膜和所述掺杂的电极复合物压合在一起，得到所述膜电极组合物。