0018] (5)将步骤(4)制得的PBI多层膜经浸渍磷酸处理，浸渍磷酸处理的温度为60°C，磷 酸浓度为70wt%，浸渍时间为60小时，即得所述的PBI多层复合膜。
[0019]另外，采用溶液浇铸法制备TOI膜，厚度为50微米，制备过程中，溶剂选用NMP JBI 在匪P中的质量分数为1%，然后用制得的PBI膜经浸渍磷酸处理，浸渍磷酸处理的温度为60 °C，磷酸浓度为70wt%，浸渍时间为60小时，得到PBI/磷酸膜，记作传统PBI复合膜，用以与本 实施例制备的PBI多层复合膜进行对比。
[0020]采用本实施例制得的PBI多层复合膜及传统PBI复合膜，在单电池评价装置上测试 其不同温度下的电池性能。其中，电池负极采用碳(C)载镍(Ni)催化剂与PBI溶液混合均匀 后涂抹于碳纸上制得(采用专利CN02127802.4中公开的制备方法），Ni占 C/Ni催化剂的质量 百分比为40%，C/Ni与roi的质量比为1:1;电池正极采用碳(C)载铂(Pt)催化剂与PBI溶液混 合均匀后涂抹于碳纸上制得(采用专利CN02127802.4中公开的制备方法），Pt占 C/ Pt催化 剂的质量百分比为70%，正极中Pt载量为0.6mg/cm2。电池操作环境分别设定为：电池温度为 120°〇150°(： ;氢气及氧气流速分别为50111171^11、100 111171^11，气体无增湿，压强为0.0510^。 测试结果如图2所示。
[0021 ]从图2可以看出，本实施例制备的PBI多层复合膜相比传统PBI复合膜，其电池放电 性能大为提升，最高功率密度可达llOOmW/cm2。
[0022] 实施例2 一种高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜，按照以下步骤制备： (1) 将PBI溶解在NMP中，搅拌12小时后，抽滤2次以除去杂质，得到PBI铸模液，其中，PBI 的添加量为NMP质量的5%; (2) 将步骤（1)所得的PBI铸模液倒入铸膜板中，置于恒温恒湿箱中进行水蒸气诱导相 分离，湿度为88%，温度为82°C，恒温恒湿放置1小时，制得PBI多孔内层，多孔内层1厚度为90 微米； (3) 将步骤(2)制得的PBI多孔内层取出，置于去离子水与NMP的混合液中，放置1小时后 取出，于100 °C真空干燥24小时，其中，去离子水与NMP的体积比为1:0.5; (4) 采用喷涂法将PBI浆料均匀喷涂于多孔内层膜两侧以制备PBI致密层，于150°C真空 干燥，其中，所述PBI浆料为PBI与NMP组成的混合液，PBI浆料中PBI所占的质量分数为0.5%， 致密层2的厚度为5微米； (5) 将步骤(4)制得的PBI多层膜经浸渍磷酸处理，浸渍磷酸处理的温度为80°C，磷酸浓 度为80wt%，浸渍时间为40小时，即得所述的PBI多层复合膜。
[0023]另外，采用溶液浇铸法制备1^1膜，厚度为100微米，制备过程中，溶剂选用NMP，PBI 在匪P中的质量分数为5%，然后用制得的PBI膜经浸渍磷酸处理，浸渍磷酸处理的温度为80 °C，磷酸浓度为80wt%，浸渍时间为40小时，得到PBI/磷酸膜，记作传统PBI复合膜，用以与本 实施例制备的PBI多层复合膜进行对比。
[0024]采用交流阻抗法(EIS)测试本实施例制备的PBI多层复合膜与传统PBI复合膜在不 同温度下的电导率(湿度为〇)，如图3所示，并测定150°C下电导率随时间的变化趋势，如图4 所示。
[0025]图3及图4显示，本实施例所制备的PBI多层复合膜，由于其特殊的结构，使得无水 电导率相较传统TOI复合膜大为提升，而且随着时间的推移，PBI多层复合膜的电导率较传 统PBI复合膜的稳定性大为提升，这可以说明多孔内层与致密层结合制得的多层复合膜可 以有效提高膜的电导率，并且大大降低了磷酸的流失速率。
【主权项】
1. 一种高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步 骤： (1) 将聚苯并咪唑树脂溶解在高沸点溶剂中，得到聚苯并咪唑铸模液，其中，聚苯并咪 唑树脂的添加量为高沸点溶剂质量的0.2-5%; (2) 将步骤(1)所得的聚苯并咪唑铸模液倒入铸膜板中，置于恒温恒湿箱中进行水蒸气 诱导相分离，湿度为20%-95%，温度为25°0120°(：，恒温恒湿放置0.2-12小时，制得聚苯并咪 唑多孔内层； (3) 将步骤(2)制得的聚苯并咪唑多孔内层取出，置于高沸点溶剂与水的混合液中，放 置l-5h后取出，于25°C_150°C温度范围内真空干燥； (4) 采用喷涂法将聚苯并咪唑浆料均匀喷涂于多孔内层两侧以制备聚苯并咪唑致密 层，于25°C-150°C温度范围内真空干燥，制得聚苯并咪唑多层膜，其中，所述聚苯并咪唑浆 料为聚苯并咪唑树脂与N-甲基吡咯烷酮组成的混合液，聚苯并咪唑浆料中聚苯并咪唑树脂 所占的质量分数为〇. 2-5%; (5) 将步骤(4)制得的聚苯并咪唑多层膜经浸渍磷酸处理后，即得所述的聚苯并咪唑多 层复合膜。2. 根据权利要求1所述的高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，其特征 在于:步骤（1)和步骤(3)中，所述高沸点溶剂为N，N-二甲基乙酰胺及N-甲基吡咯烷酮中的 一种或二种。3. 根据权利要求1所述的高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，其特征 在于:步骤(3)所述高沸点溶剂与水的混合液中，水与高沸点溶剂的体积比为1:0.1-1:2。4. 根据权利要求1所述的高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，其特征 在于:步骤(2)中所述聚苯并咪唑多孔内层的厚度为20-120微米，步骤(4)中所述聚苯并咪 唑致密层厚度为5-30微米。5. 根据权利要求1所述的高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，其特征 在于:步骤(5)所述浸渍磷酸处理的温度为20°C-150°C，磷酸浓度为50-lOOwt%，浸渍时间为 12-100 小时。
【专利摘要】本发明公开了一种高温燃料电池用聚苯并咪唑多层复合膜的制备方法，通过水蒸气诱导相分离法制备聚苯并咪唑多孔内层，采用喷涂法在聚苯并咪唑多孔内层两侧制备聚苯并咪唑致密层，然后浸渍磷酸。本发明制备的聚苯并咪唑多层复合膜，结构均匀，层与层之间结合紧密，制备工艺简单，材料成本低，适用于无水体系，工作温度120℃-200℃的高温质子交换膜燃料电池，不仅提高了磷酸的吸附量，并且有效提高了复合膜的阻醇性能，使得复合膜具有较高的电导率，大大减少了磷酸的流失。
【IPC分类】C08J7/04, C08L79/04, C08J5/22, H01M8/02, C08J7/06, H01M8/10
【公开号】CN105601968
【申请号】CN201510807407
【发明人】于书淳, 郝金凯, 刘会雪, 何春霞, 杨汉嵩
【申请人】黄河科技学院
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月19日