专利名称：高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜及制备方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及到甲醇或乙醇燃料电池用的一种质子交换膜及其制备方法。
背景技术：
质子交换膜燃料电池是一种将氢气或甲醇等燃料的化学能直接转化为电能的高 效、绿色能源装置，具有极其广阔的应用前景。甲醇燃料电池由于具有进料方便、电池堆系统结构简单、响应时间短等优点，在便携式电源方面具有潜在的实际应用前景。质子交换膜是燃料电池的核心部件，在电池内部起着隔离燃料和氧化剂，以及提供质子通道的作用。以美国杜邦公司生产的Nafion系列膜为代表的全氟磺酸质子交换膜具有低温高湿度下质子电导率高、机械强度大等优点，但同时也存在着价格高、甲醇渗透性大、失水条件下质子电导率低的缺陷，限制了质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用。聚芳香化合物(如聚芳醚酮、聚芳醚、聚酰亚胺、聚磷腈等)具有良好的热稳定性及机械性能，引入磺酸基后，不但可继承原有的优越性能，而且还具有质子传导性，因此成为无氟质子交换膜的研究热点。与全氟磺酸膜相比，磺化聚芳香化合物在耐高温性、阻醇性能、价格、加工性能等方面具有优势，但缺陷是质子电导率偏低。增加聚芳香化合物的磺化度，虽可提高质子电导率，甚至能够达到与全氟磺酸膜相近的水平，但此时膜的阻醇性能及机械性能变差，不能满足电池的工作条件。制备复合膜是对现有质子交换膜进行改性的一种常用方法，如吸附无机强酸的聚苯并咪唑(PBI)膜在高温下仍能保持质子电导率高和机械强度大的特点；利用杂多酸富含结晶水和高质子电导性的特性，掺杂杂多酸的复合膜能在超过100°C和无水条件下保持高的质子电导率；但无机强酸或杂多酸易溶解于水，在燃料电池工作条件下，极易随燃料电池反应生成的水从膜中渗出，造成膜的质子电导率急剧下降。在复合膜中掺杂金属氧化物(如二氧化硅、二氧化钛和二氧化锆等)虽可提高膜的耐高温性能和阻醇性能，也能在某种程度上减缓杂多酸的溶出，但这些金属氧化物本身不具有质子传导性，过量的加入会导致质子电导率急剧下降。就总体而言，目前制备的复合膜性能还不完善，需在膜的多种性能之间进行平衡选择；性能优良、适合燃料电池工作的质子交换复合膜还有待于进一步的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电导、耐高温的高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜及制备方法。本发明的技术解决方案是—种高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜，其特征是所述高聚物-金属配合物-杂多酸材料为式(vn)化合物
权利要求
1.一种高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜，其特征是所述高聚物-金属配合物-杂多酸材料为式(vn)化合物
2.根据权利要求I所述的高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜，其特征是高聚物主链的化学本质为聚芳香醚、聚砜醚或聚醚酮类。
3.一种高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜的制备方法，其特征是包括下列步骤(1)高聚物上引入侧链将式(I)高聚物与甲醛及盐酸反应得到式(II)化合物； (2)侧链上有机配体的引入将式(II)化合物与2，5-二羟基苯甲醛及碳酸钾混合反应，得到式(m)化合物； (3)有机配体的制备将水杨醛与二胺类化合物反应，得到式(IV)化合物，作为侧链金属配合物的有机配体；(4)侧链上多齿配体的引入将式(m)化合物与式(IV)化合物反应，得到式(V)化合物；(5)高分子金属配合物的生成式(V)化合物与金属氯化物反应得到式(VI)化合物； (6)侧链末端杂多酸的引入式(Vi)化合物与杂多酸反应，得到式(vn)化合物； (7)流延法制膜将式(Vn)化合物溶解于DMF或DMAc，流延法制膜，得到用于燃料电池的质子交换膜； 上述步骤(I) (6)的反应式为
全文摘要
本发明公开了高聚物-金属配合物-杂多酸材料的质子交换膜及制备方法，通过高聚物上引入侧链、侧链上有机配体的引入、有机配体的制备、侧链上多齿配体的引入、高分子金属配合物的生成、侧链末端杂多酸的引入、流延法制膜等步骤制成。本发明制备的质子交换膜经测试在100～140℃的质子电导率达到10-2S/cm数量级水平，甲醇渗透系数达到小于10-8～10-7cm2/s的数量级，能够满足燃料电池特别是甲醇燃料电池质子交换膜的使用要求。
文档编号C08G65/48GK102683732SQ201210154129
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者史春越, 吴锦明, 沈爱宝, 王南平, 陈婷婷 申请人:南通大学