納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜及其制備方法。該質(zhì)子交換膜的組成及其質(zhì)量百分比：磺化度為57%～80%的SPPS：82.5～99.9%；納米CeO2粉末：0.1%～17.5%。本發(fā)明方法是以SPPS為基體，稀土金屬氧化物納米CeO2為填充相，制備出均勻混合制膜液。然后采用流延或壓制成膜的方法，經(jīng)干燥制備出無機-有機復(fù)合膜。本發(fā)明制備成本低，所制得的SPPS/CeO2質(zhì)子交換膜電導(dǎo)率高、阻醇性能良好，在40°C～110°C下的電導(dǎo)率為8.0×10-3～1.8×10-2S/cm。阻醇系數(shù)達到1.1×10-8～6.6×10-7cm2/s。吸水率為22.49%~70.12%。
【專利說明】納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜及其制備方法，特別是一種納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜(PEM)作為目前能源領(lǐng)域研究和開發(fā)的熱點直接甲醇燃料電池(DMFC)的核心部分，其材料必須具有良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性、適宜的甲醇透過率以及良好的抗水溶脹性即質(zhì)子傳導(dǎo)率至少應(yīng)達到10_2 S/cm，甲醇滲透系數(shù)低于10_6 cm2/s。使質(zhì)子交換膜在DMFC中具有較長使用壽命。
[0003]目前應(yīng)用最廣泛的是以美國DuPont公司商業(yè)化的Nafion膜為代表的全氟磺酸膜，長期使用這種氟化物會嚴(yán)重污染環(huán)境，在使用溫度超過80 ° C時，質(zhì)子傳導(dǎo)率明顯下降，限制了全氟磺酸膜在燃料電池中的進一步應(yīng)用。為此，需進一步制備綜合性能優(yōu)異的質(zhì)子交換膜。
[0004]磺化聚苯硫醚(SPPS)材料因具有高機械強度、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性成為直接甲醇燃料電池用質(zhì)子交換膜的重點研究材料。用濃硫酸對聚苯硫醚磺化，將磺酸基團引入到聚苯硫醚的主鏈上，由于磺酸基親水相與聚合物骨架上苯環(huán)、碳硫鍵等疏水相的存在，可使得聚苯硫醚材料具有一定的質(zhì)子傳導(dǎo)率，并且聚苯硫醚制備成本較低、耐熱穩(wěn)定性優(yōu)異能滿足燃料電池對質(zhì)子交換膜材料的要求。但是，這種材料的磺化度(DS)會直接影響質(zhì)子交換膜的性能，因此要選擇合適的磺化度來進行摻雜制膜。在磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜的方案設(shè)計上，通常需要對磺化聚苯硫醚磺化度及改性的方法進行綜合考慮，得到最佳的質(zhì)子交換膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種納米氧化鈰(CeO2)改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜。
[0006]本發(fā)明的目的之二在于提供該質(zhì)子交換膜的制備方法。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜，其特征在于該交換膜的組成及其質(zhì)量百分含量為:
【權(quán)利要求】
1.一種納米氧化鋪改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜，其特征在于該交換膜的組成及其質(zhì)量百分含量為: 磺化聚苯硫醚SPPS82.5%~99.9% ； 納米CeO2粉末0.1%~17.5% ； 所述的磺化聚苯硫醚SPPS的結(jié)構(gòu)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜，其特征在于所述的磺化聚苯硫醚的磺化度為57%~80%。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米氧化鈰改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜的方法，其特征在于該方法的具體步驟為: (1).將磺化聚苯硫醚溶解在制膜溶劑中，配制成質(zhì)量百分比濃度為10%~50%的制膜液； (2).在上述步驟(1)所得的制膜液中，加入納米CeO2粉末，在20° C~80 ° C下，攪拌使納米CeO2粉末在制膜液中分散均勻，得到混合制膜液； (3).將步驟(2)所得混合制膜液制成膜，然后在20° C~90 ° C下?lián)]發(fā)溶劑，得到濕膜； (4).將步驟(3)所得濕膜在50° C~180 ° C下恒溫干燥I h~24 h ;或者先在40° C~110 ° C下干燥2 h"24 h，再升溫至120 ° C~180 ° C干燥I h~7 h，得到納米氧化鋪改性磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述改性中高磺化度磺化聚苯硫醚質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于所用的制膜溶劑為:N，N- 二甲基亞砜DMSO或N，N- 二甲基乙酰胺DMAC。
【文檔編號】C08J5/22GK103474688SQ201310439963
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】郭強, 李夏, 錢君質(zhì), 張?zhí)祢? 畢宸洋, 陳新新 申請人:上海大學(xué)