[发明专利]一种燃料电池用有机-无机复合质子交换膜的制备方法

摘要

本发明属于燃料电池技术领域，具体公开了一种燃料电池用有机-无机复合质子交换膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管经氧化处理，然后通过溶胶-凝胶法制备二氧化硅包覆的碳纳米管，再将二氧化硅包覆的碳纳米管分散液与磺化聚合物的分散液共混，进行溶液浇铸成膜。所制得的复合质子交换膜具有高吸水、高阻醇性能。

主权项

一种燃料电池用有机‑无机复合质子交换膜的制备方法，该方法依次包括以下步骤：（1）将碳纳米管置于强氧化性溶液中于室温～100℃氧化处理1～12小时，碳纳米管与强氧化性溶液的比例为1g/25mL～1g/150mL，然后冷却至室温，过滤，用去离子水反复洗涤固体至滤液pH=7，60℃真空干燥24小时，得到氧化处理的碳纳米管；  所述强氧化性溶液为98wt%的浓硫酸、65wt%的浓硝酸、30wt%的双氧水中的一种或2‑3种任意比例的混合物；（2）将步骤（1）得到的氧化处理的碳纳米管分散在正硅酸乙酯和无水乙醇的混合溶液中得分散液，其中氧化处理的碳纳米管与正硅酸乙酯的比例为1g/5mL～1g/50mL，混合溶液中无水乙醇与正硅酸乙酯的体积比为5/1～30/1；（3）向步骤（2）所得分散液中逐滴加入催化剂和水的混合物，控制水与步骤（2）的正硅酸乙酯的体积比为0.3/1～10/1，滴加完后，继续室温搅拌反应1～24小时后，经去离子水反复洗涤至滤液pH=7，抽滤干燥后得二氧化硅包覆的碳纳米管；所述催化剂为酸催化剂或碱催化剂，其中酸催化剂为盐酸、氢氟酸、乙酸、草酸中的任一种，其用量为调整催化剂与水混合物的pH值为2～6；碱催化剂为氨水、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的任一种，其用量为调整催化剂与水混合物的pH值为8～10；（4）将步骤（3）所得的二氧化硅包覆的碳纳米管分散在有机溶剂中，两者的比例为1g/25mL～1g/150mL，室温超声振荡20～60分钟后得到二氧化硅包覆碳纳米管的分散液；（5）将磺化聚合物溶解在有机溶剂中，得到浓度为5wt%～30wt%的溶液；所述磺化聚合物选自全氟磺酸树脂、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚苯醚、磺化聚酰亚胺中的任一种；步骤（4）和（5）中的有机溶剂选自异丙醇、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮中的任一种；（6）将步骤（4）所得的二氧化硅包覆碳纳米管的分散液与步骤（5）所得磺化聚合物溶液进行充分的混合，得到铸膜混合液；其中磺化聚合物与二氧化硅包覆碳纳米管的质量比为100/0.1～100/20；（7）将步骤（6）所得铸膜混合液在洁净的玻璃板上流延成膜，干燥、冷却后即得。