燃料电池用有机‑无机复合型高温质子交换膜及其制备方法与流程

技术特征：

1.一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜，其特征在于，该质子交换膜按重量百分比包括如下组分：

离子液体功能化二氧化硅前驱体：3～12％；

含有硅氧烷侧基的聚苯并咪唑：88～97％；

所述的离子液体功能化二氧化硅前驱体和含有硅氧烷侧基的聚苯并咪唑的结构式分别如式Ⅰ和式Ⅱ所示：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下：

步骤一：将含有羟基的聚苯并咪唑溶于有机溶剂中，然后加入带有异氰酸基的硅烷偶联剂和催化剂，在60～80℃下反应48～72小时，得到带有硅氧烷侧基的聚苯并咪唑溶液；

步骤二：向步骤一得到的带有硅氧烷侧基的聚苯并咪唑溶液中加入离子液体功能化二氧化硅前驱体，搅拌6～12小时，得到成膜液，所述的成膜液中含离子液体功能化二氧化硅前驱体和含有硅氧烷侧基的聚苯并咪唑重量百分比为(3～12％)：(88～97％)；

步骤三：将步骤二得到的成膜液通过流涎法流涎成膜，并将得到的聚合物膜浸泡在酸溶液中12～24小时，结束后冲洗烘干，在110℃下浸泡85％的磷酸48小时，即得到燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的含羟基的聚苯并咪唑的制备方法为：氮气保护下，在四口瓶中加入多聚磷酸作为溶剂，加热1～2小时后加入a mol 3,3’,4,4’-四氨基联苯，混合均匀后加入a×0.9mol 1,3-间苯二甲酸和除水剂，待再次混合均匀后将温度升至190～200℃，继续反应1～2小时，降温后加入a×0.1mol羟基间苯二甲酸和除水剂，待混合均匀后再次升温至190～200℃，继续反应20～30小时，倒入少量磷酸并继续反应10～20小时，倒入水中得到含羟基的聚苯并咪唑，其中a＝0.1～0.9，所述的除水剂为五氧化二磷。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的含异氰酸基的硅烷偶联剂为(3-异氰基丙基)三乙氧基硅烷、(3-异氰基丙基)三甲氧基硅烷、(3-异氰基丁基)三乙氧基硅烷、(3-异氰基丁基)三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为三乙胺或二乙胺。

6.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中含羟基的聚苯并咪唑、含异氰酸基的硅烷偶联剂和催化剂的摩尔比为(0.1～0.9)：(0.01～0.09)：(0.01～0.09)。

7.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。

8.根据权利要求2所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤二所述的离子液体功能化二氧化硅前驱体的制备方法为：将1-甲基咪唑和硅烷类化合物在100～120℃下反应72～96小时，得到离子液体功能化二氧化硅前驱体。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的硅烷类化合物为3-(氯丙基)三甲氧基硅烷、3-(氯乙基)三甲氧基硅烷、3-(氯丙基)三乙氧基硅烷或3-(氯乙基)三乙氧基硅烷。

10.根据权利要求8所述的一种燃料电池用有机-无机复合型高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述的1-甲基咪唑和硅烷类化合物的摩尔比为1:1。