納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚SPPS質子交換膜及其制備方法。該質子交換膜的組成及質量百分比為：磺化度為57%～80%的磺化聚苯硫醚：75%～99%；納米氧化釔和聚磷腈衍生物組成的二元摻雜相:1%~25%；其中納米氧化釔與聚磷腈衍生物摩爾比為1:(1~4)。本發明采用中等磺化度的SPPS作為基體材料，以克服過高磺化度SPPS存在吸水率過高，復合膜穩定性較差的缺點，并保證復合膜具有一定的吸水率；通過納米級稀土金屬氧化物氧化釔及聚磷腈衍生物二元摻雜的方式，使SPPS基體與該摻雜材料直接發生酸堿采用，以提高復合膜的綜合性能。
【專利說明】納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚質子交換膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二元摻雜改性磺化聚苯硫醚SPPS質子交換膜及其制備方法，特別是一種納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚SPPS質子交換膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]磺化聚苯硫醚(SPPS)材料由于具有高機械強度、較好的熱穩定性及化學穩定性而成為直接甲醇燃料電池質子交換膜的研究重點。用磺化試劑如濃硫酸對聚苯硫醚(PPS)進行磺化，將磺酸基團引入到PPS主鏈上，由于磺酸基親水相與聚合物骨架上苯環、碳硫鍵等疏水相的存在，可使得SPPS材料具有一定的質子傳導率，且SPPS材料較低的合成成本、良好的機械強度和優良的熱穩定性可滿足燃料電池對質子交換膜的要求。但是此種材料的磺化度(DS)會直接影響質子交換膜各方面的性能，低DS的SPPS質子交換膜具有較好的機械強度、阻醇性能和熱穩定性，但是由于磺酸基團的數量較少，兩相分離不明顯，其質子傳導率不夠理想，阻礙了燃料電池電化學循環反應。而高DS的SPPS質子交換膜雖具有較高的質子傳導率，但其機械強度降低、吸水率及溶脹度過高、在高溫下SPPS會在甲醇中發生降解，嚴重影響膜的穩定性及燃料電池的壽命。由于磺化度對質子交換膜材料性能存在相互矛盾的作用，在SPPS質子交換膜的方案設計上，通常需要對SPPS磺化度及改性的方式進行綜合考慮，不能顧此失彼。
[0003]聚磷腈是以氮磷原子單雙鍵交替排列為主鏈骨架、以不同的有機基團為側鏈的一類新型有機-無機聚合物。聚磷腈衍生物由于其主鏈優越的柔順性和側基取代多樣性，有希望成為新一類用于改性直接甲醇燃料電池的材料。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一在于提供一種納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚SPPS質子交換膜
本發明的目的之二在于提供該質子交換膜的制備方法
一種納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化度聚苯硫醚質子交換膜，其特征在
于該質子交換膜的組成及質量百分含量為:
磺化聚苯硫醚75%-99%，
二元摻雜相1%?25% ；
所述的磺化聚苯硫醚: scyE
所述的二元摻雜相為氧化釔與聚磷腈按1:(廣4)的摩爾比混合而成的混合物；
【權利要求】
1.一種納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化度聚苯硫醚質子交換膜，其特征在于該質子交換膜的組成及質量百分含量為: 磺化聚苯硫醚75%-99%， 二元摻雜相1%~25% ； 所述的磺化聚苯硫醚:
10^: 所述的二元摻雜相為氧化釔與聚磷腈按1:(1~4)的摩爾比混合而成的混合物； 所述的聚磷腈結構式為:
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2.根據權利要去I所述的納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化度聚苯硫醚質子交換膜，其特征在于所述的在于磺化聚苯硫醚的磺化度為57%~80%。
3.根據權利要求1所述的納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化度聚苯硫醚質子交換膜，其特征在于所述的氧化乾顆粒的粒徑為40~70 nm。
4.一種制備根據權利要求1、2或3所述的納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化度聚苯硫醚質子交換膜，其特征在于該方法的具體步驟為:將磺化聚苯硫醚、二元摻雜相分散于制膜溶劑中，配制成 固相含量為5%~25%的制膜液，超聲處理使磺化聚苯硫醚和二元摻雜相能均勻分散在制膜溶劑中；然后將制膜液流延成膜，經干燥、冷卻后，進行揭膜，即得到納米氧化釔與聚磷腈衍生物二元摻雜改性磺化聚苯硫醚質子交換膜。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于所述的制膜溶劑為:N，N-二甲基甲酰胺(DMF, N, N- 二甲基乙酰胺DMAC或二甲基亞砜DMSO。
【文檔編號】H01M8/02GK103490080SQ201310432549
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】郭強, 李夏, 錢君質, 畢宸洋, 張天驕, 陳新新 申請人:上海大學