CN114351467A - 一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 - Google Patents
一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114351467A CN114351467A CN202210024184.XA CN202210024184A CN114351467A CN 114351467 A CN114351467 A CN 114351467A CN 202210024184 A CN202210024184 A CN 202210024184A CN 114351467 A CN114351467 A CN 114351467A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nanofiber
- composite membrane
- fuel cell
- preparing
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 18
- 239000004693 Polybenzimidazole Substances 0.000 claims description 14
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 12
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 2
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 2
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 2
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 239000013305 flexible fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 abstract description 2
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 abstract 2
- 239000002585 base Substances 0.000 abstract 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 6
- INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N iodomethane Chemical compound IC INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- LLEPHQRKXHHQEI-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trimethylbenzene-1,3-dicarboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C)=C(C(O)=O)C(C)=C1C(O)=O LLEPHQRKXHHQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 3,3'-diaminobenzidine Chemical compound C1=C(N)C(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C(N)=C1 HSTOKWSFWGCZMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000242 4-chlorobenzoyl group Chemical group ClC1=CC=C(C(=O)*)C=C1 0.000 description 1
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 1
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical compound N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKJPEAGHQZHRQV-UHFFFAOYSA-N Triiodomethane Natural products IC(I)I OKJPEAGHQZHRQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 description 1
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- FDPIMTJIUBPUKL-UHFFFAOYSA-N dimethylacetone Natural products CCC(=O)CC FDPIMTJIUBPUKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000002047 photoemission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229920001483 poly(ethyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 1
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，属于复合材料技术领域。通过静电纺丝工艺制备了柔性的纳米纤维基材，使用浸渍法将聚芳基咪唑鎓与柔性纳米纤维基材有效的结合，通过溶剂挥发制备了聚芳基咪唑鎓/纳米纤维复合膜。纳米纤维提供了长距离的质子传输通道，并且纳米纤维的支撑作用有效增强了聚芳基咪唑鎓的稳定性。本发明所制备的柔性聚芳基咪唑鎓/纳米纤维复合膜具有均匀的厚度、优异的机械性能、高耐碱性以及高燃料电池性能。本发明方法成本低、工艺简单、环保性强、可批量生产，具有明显的实际使用和工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种纳米纤维支撑的燃料电池复合膜的制备方法。
背景技术
阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)作为一种低成本的燃料电池技术，在未来的清洁能源转换和利用中引起了广泛的关注。由于在碱性条件下(如Ag、Ni和Co)使用非铂族金属作为电催化剂，AEMFCs被认为是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最具潜力的替代品，以解决与PEMFC相关的成本问题。阴离子交换聚电解质(AEPs)，它是低成本AEMFC的必要材料。其中，聚苯并咪唑鎓就是一种优秀的阴离子交换膜，它具有高的离子交换容量以及良好的耐碱性。但是，目前聚苯并咪唑鎓还存在许多不足，比如成本高、机械性能一般，并且耐碱性不足以达到商用。
解决上述问题的一种简单易行的方法是将聚合物基体与柔性基体结合。静电纺丝制备的纳米纤维膜是一种柔性基底，其具有高孔结构、超高的表面体积比和可控制的孔径，近年来得到了广泛的研究。此外，静电纺丝是一种通用且易于升级的技术，可以利用不同的加工方法(同轴静电纺丝和多针静电纺丝)来生成设计的结构。有两种方法可以生产静电纺纳米纤维。一种方法是将质子导电聚合物静电纺丝到接收器上并形成相互连接的纳米纤维膜，然后再将不导电聚合物浸渍在纳米纤维膜中。但有一个明显的问题不容忽视，那就是离子聚体的电可纺性差。由于聚合物链缠结程度较低，离聚物更倾向于电喷成珠状而非纤维状，这对静电纺丝离聚物纳米纤维PEMs的批量生产非常不利。因此，相比之下，另一种策略，即在导电聚合物中嵌入一种不导电且高度可纺的聚合物静电纺丝纳米纤维膜更有前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米纤维支撑的燃料电池复合膜的制备方法。纳米纤维提供了长距离的质子传输通道，并且纳米纤维的支撑作用有效增强了聚芳基咪唑鎓的稳定性。纳米纤维和聚芳基咪唑鎓之间结合紧密，复合后具有优异的机械性能以及高耐碱性。
本发明所采用的技术方案是一种纳米纤维支撑的燃料电池复合膜的制备方法，具体如图1所示，按照以下步骤实施：
步骤1)制备纳米纤维基材；
步骤2)制备聚苯并咪唑鎓聚合物；
步骤3)将步骤2)所述聚苯并咪唑鎓聚合物溶解于有机溶剂，并进行过滤；
步骤4)将步骤3)所述溶液浇铸在纳米纤维基材上；
步骤5)通过对步骤4)所述混合物进行加热的方式，制备聚苯并咪唑鎓/纳米纤维柔性复合膜。
进一步地，在步骤1)中所述的纳米纤维是使用聚丙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚通过熔融法静电纺丝工艺制备的，纤维的尺寸为微纳米或微米级；或使用聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷溶解在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、去离子水中的一种或多种，并通过溶剂法静电纺丝工艺制备，纤维的尺寸为纳米、微纳米或微米级。
进一步地，在步骤2)中所述的聚苯并咪唑鎓聚合物为下组的中的一种或多种：
其中，R1选自下组：甲基、乙基、丙基、丁基；
R2选自下组：
进一步地，在步骤2)中所述的聚苯并咪唑鎓聚合物的聚合度(n)为10～10000。
进一步地，步骤3)所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、去离子水中的一种或多种。
进一步地，在步骤3)中所述的聚苯并咪唑鎓聚合物的质量浓度为3wt％～15wt％。
进一步地，在步骤5)中所述的加热温度为40℃～100℃，加热时间为2～72h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的方法所制备的聚苯并咪唑鎓/纳米纤维复合膜上聚苯并咪唑鎓与纳米纤维结合紧密，且具有一定的柔性与较好的机械性能；
(2)本发明的方法所制备的聚苯并咪唑鎓/纳米纤维复合膜具有高耐碱性，可在碱性燃料电池中长期工作；
(3)本发明的方法所制备的聚苯并咪唑鎓/纳米纤维复合膜具有高的燃料电池性能，具有商用价值；
(4)本发明的方法使用较少的有机溶剂，具有成本低、环境友好度高的特点；
(5)本发明的方法具有工艺简单、可批量化生产的特点，具有良好的工业应用前景。
附图说明
图1为纳米纤维支撑的燃料电池柔性复合膜的流程图；
图2为PVDF纳米纤维的SEM图；
图3为PP纳米纤维的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加具体化，下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
MeI-M-PBI/PVDF复合膜的制备
1)称取2.0g聚偏氟乙烯加入到装有8.0g N,N-二甲基甲酰胺和2.0g丙酮混合溶液的玻璃瓶中，磁力搅拌12h得到混合均匀的纺丝液。将纺丝液置于配有23#平口针头的注射器中，在室温、16kV电压以及0.5mL/h的进样速率下制备纳米纤维膜并用铝箔纸接收。喷丝头与接收器的距离为15cm。制备出的PVDF纳米纤维膜在50℃真空干燥箱中干燥12h，制备出的PVDF膜直径约为400nm～800nm。
2)称取1.5g 3,3’-二氨基联苯胺和60.0g多聚磷酸加入200mL三口圆底烧瓶，在氩气保护下升温至150℃并保持磁力搅拌。将1.5g 2,4,6-,三甲基间苯二甲酸加入溶液，升温至180℃保持4h，再次升温至220℃持续反应48h。将反应后的溶液倒入去离子水沉淀出聚合物，使用K2CO3溶液和去离子水洗涤聚合物，在50℃真空干燥箱中干燥12h后研磨即可得到M-PBI。
称取1.0g M-PBI在100℃下溶解于60mL干燥DMSO。待聚合物完全溶解，溶液冷却至室温并加入过量的LiH，升温至70℃搅拌过夜。溶液冷却至室温后加入2.0g碘甲烷，再次升温至70℃保持4h，二次加入2.0g碘甲烷，反应持续14h。将反应后的溶液倒入去离子水沉淀出聚合物，使用去离子水洗涤聚合物，在50℃真空干燥箱中干燥12h后即可得到MeI-M-PBI。
3)将0.50g MeI-M-PBI溶解在4.5mL DMSO中以形成均匀溶液，加入0.5mL去离子水。将PVDF纳米纤维膜(10cm×10cm)拉伸并通过夹子固定在玻璃板上，并将所需的MeI-M-PBI溶液倒在纳米纤维膜上。在60℃下干燥至溶剂完全蒸发后，升温至80℃下再干燥24h使残留溶剂蒸发，最终得到MeI-M-PBI/PVDF复合膜，该膜的厚度为50μm，拉伸强度为39MPa。
如图2所示，所合成的PVDF纳米纤维的SEM图，显示PVDF纳米纤维的直径约为400～800nm，纤维表面均匀光滑。
实施例2
PAImMM/PP复合膜的制备
1)将聚丙烯颗粒装入针筒，在210℃的加热温度、30kV的电压以及280rpm·min-1滚筒转速下制备纳米纤维膜并用铝箔纸接收。制备出的PP膜直径约为2μm～10μm。
2)称取0.76g 1,4-二醛-2,3,5,6-四甲基苯、2.14g对氯联苯酰和6.0g乙酸铵加入200mL三口圆底烧瓶，倒入20mL乙酸和80mL乙醇。将反应物加热回流18h。将反应后的溶液倒入去离子水沉淀，使用乙腈进行重结晶，在50℃真空干燥箱中干燥12h后即可得到TM-BDIM。
称取0.57g TM-BDIM溶解于200mL干燥DMSO，加入0.8mL 5M KOH溶液后再加入200μL碘甲烷。混合物搅拌30min后，倒入100mL含有4.0g KOH的去离子水中沉淀，随后进行过滤。将样品溶解在DCM中，使用水、盐水进行洗涤并使用硫酸镁干燥。过滤后，将溶液倒入反应瓶中，加入2.0mL碘甲烷，在80℃下反应过夜。使用乙醇/水(v:v＝8:2)进行重结晶，在50℃真空干燥箱中干燥12h后即可得到MEI-TM-BDIM。
称取0.15g 2,2’-联吡啶置于100mL圆底烧瓶中，在氩气下加入0.264g Ni(COD)2，然后加入10mL DMF，升温至80℃持续30min。在另一个烧瓶中加入0.267g的MEI-TM-BDIM和10mL DMF，使用氩气吹扫。待催化剂溶液加热后，将单体溶液倒入催化加溶液中，80℃下反应20h。反应后的溶液冷却后倒入400mL6M盐酸溶液。过滤后使用水、碳酸氢钠水溶液和丙酮洗涤。50℃真空干燥后，使用10mL DCM和10mL DMSO溶解固体，加入20倍等量的碘甲烷，80℃下反应3天。将反应后的溶液倒入150mL乙酸乙酯沉淀，使用丙酮洗涤，在50℃真空干燥箱中干燥12h后即可得到PAImMM。
3)将0.6g PAImMM溶解在10mL DMSO中以形成均匀溶液。将PP纳米纤维膜(5cm×5cm)拉伸并通过夹子固定在玻璃板上，并将所需的PAImMM溶液倒在纳米纤维膜上。在80℃下干燥至溶剂完全蒸发后，最终得到PAImMM/PP复合膜，该膜的厚度为100μm，拉伸强度为47MPa。
如图3所示，所合成的PP纳米纤维的SEM图，显示PP纳米纤维的直径约为2μm～10μm，纤维表面均匀光滑。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明的保护范围不局限于以上实施例，凡是本技术领域专业人员对本发明技术方案所作的改变和润饰，均应属于本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)制备纳米纤维基材；
步骤2)制备聚苯并咪唑鎓聚合物；
步骤3)将步骤2)所述聚苯并咪唑鎓聚合物溶解于有机溶剂，并进行过滤；
步骤4)将步骤3)所述溶液浇铸在纳米纤维基材上；
步骤5)通过对步骤4)所述混合物进行加热的方式，制备聚苯并咪唑鎓/纳米纤维柔性复合膜。
2.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤1)所述的柔性纤维是使用聚丙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚通过熔融法静电纺丝工艺制备的，纤维的尺寸为微纳米或微米级；或使用聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷溶解在N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、去离子水中的一种或多种，并通过溶剂法静电纺丝工艺制备，纤维的尺寸为纳米、微纳米或微米级。
3.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤2)所述的聚苯并咪唑鎓聚合物为下组的中的一种或多种：
其中，R1选自下组：甲基、乙基、丙基、丁基；
R2选自下组：
4.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤2)所述的聚苯并咪唑鎓聚合物的聚合度(n)为10～10000。
5.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤3)所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、去离子水中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤3)所述的聚苯并咪唑鎓聚合物的质量浓度为3wt％～15wt％。
7.根据权利要求1所述纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法，其特征在于步骤5)所述加热温度为40℃～100℃，时间为2～72h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210024184.XA CN114351467B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210024184.XA CN114351467B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114351467A true CN114351467A (zh) | 2022-04-15 |
| CN114351467B CN114351467B (zh) | 2022-12-16 |
Family
ID=81108979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210024184.XA Active CN114351467B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114351467B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4898917A (en) * | 1987-09-11 | 1990-02-06 | Hoechst Celanese Corporation | N-substituted polybenzimidazole polymer |
| KR20120115848A (ko) * | 2011-04-11 | 2012-10-19 | 한국과학기술연구원 | 폴리벤즈이미다졸리움 및 폴리벤즈이미다졸리움 기반 고체 전해질 |
| JP2012238590A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-12-06 | Japan Vilene Co Ltd | 複合膜およびその製造方法 |
| US20130184412A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-07-18 | Council Of Scientific & Industrial Research | Quaternised polybenzimidazole |
| CN109863227A (zh) * | 2016-08-04 | 2019-06-07 | 西蒙弗雷泽大学 | 氢氧化物稳定的聚苯并咪唑鎓和聚咪唑鎓膜和离聚物的交联 |
| CN109853135A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-06-07 | 北京化工大学常州先进材料研究院 | 一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜及其制备方法 |
| CN110676495A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-10 | 北京科技大学 | 一种纳米纤维增强质子/碱性膜制备方法 |
| US20210202972A1 (en) * | 2019-05-21 | 2021-07-01 | Dalian University Of Technology | Comb-shaped structure polybenzimidazole anion exchange membrane with high conductivity and preparation method thereof |
-
2022
- 2022-01-05 CN CN202210024184.XA patent/CN114351467B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4898917A (en) * | 1987-09-11 | 1990-02-06 | Hoechst Celanese Corporation | N-substituted polybenzimidazole polymer |
| US20130184412A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-07-18 | Council Of Scientific & Industrial Research | Quaternised polybenzimidazole |
| KR20120115848A (ko) * | 2011-04-11 | 2012-10-19 | 한국과학기술연구원 | 폴리벤즈이미다졸리움 및 폴리벤즈이미다졸리움 기반 고체 전해질 |
| JP2012238590A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-12-06 | Japan Vilene Co Ltd | 複合膜およびその製造方法 |
| CN109863227A (zh) * | 2016-08-04 | 2019-06-07 | 西蒙弗雷泽大学 | 氢氧化物稳定的聚苯并咪唑鎓和聚咪唑鎓膜和离聚物的交联 |
| CN109853135A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-06-07 | 北京化工大学常州先进材料研究院 | 一种聚苯并咪唑包覆聚酰亚胺纳米纤维的核壳结构纳米纤维膜及其制备方法 |
| US20210202972A1 (en) * | 2019-05-21 | 2021-07-01 | Dalian University Of Technology | Comb-shaped structure polybenzimidazole anion exchange membrane with high conductivity and preparation method thereof |
| CN110676495A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-10 | 北京科技大学 | 一种纳米纤维增强质子/碱性膜制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114351467B (zh) | 2022-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Mechanically robust and highly methanol-resistant sulfonated poly (ether ether ketone)/poly (vinylidene fluoride) nanofiber composite membranes for direct methanol fuel cells | |
| KR101376362B1 (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법 | |
| US9136034B2 (en) | Polymer electrolyte membrane for a fuel cell, and method for preparing same | |
| CN110212227B (zh) | 一种金属有机骨架改性纳米纤维质子交换膜的制备方法 | |
| CN1773755A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池用的膜电极及其制备方法 | |
| CN110247090A (zh) | 一种燃料电池用沸石咪唑酯骨架纳米纤维改性Nafion质子交换膜的制备方法 | |
| CN113097496B (zh) | 具有复合纳米纤维保护层的锌负极及其制备、应用 | |
| CN108976169A (zh) | 一种咪唑类离子液体及其制备方法和应用 | |
| CN110105604B (zh) | 一种孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜、制备方法及其应用 | |
| CN110184744B (zh) | 一种结晶型聚芳醚酮纳米纤维膜、制备方法及其应用 | |
| CN110327789B (zh) | 一种碳纳米管/纳米纤维导电复合膜及其制备方法 | |
| CN110676495A (zh) | 一种纳米纤维增强质子/碱性膜制备方法 | |
| CN112803051B (zh) | 一种新型木质素磺酸/Nafion复合质子交换膜的制备方法 | |
| CN109088086A (zh) | 一种纳米纤维素增强复合无孔质子交换膜及其制备方法 | |
| CN114351467B (zh) | 一种纳米纤维支撑的碱性燃料电池复合膜的制备方法 | |
| CN110600749B (zh) | 一种燃料电池一体式扩散层及其制备方法和应用 | |
| CN115895014A (zh) | 一种高亲水性的无机掺杂复合型多孔聚合物隔膜、制备方法及应用 | |
| CN110790967A (zh) | 芳纶纳米纤维/聚乙烯醇/金/导电聚苯胺复合薄膜材料及其制备方法 | |
| CN114142073B (zh) | 一种S-SiO2纳米纤维聚合物复合质子交换膜及其制备方法 | |
| CN112186228A (zh) | 一种燃料电池用串珠结构MOF/芳纶纳米纤维改性Nafion质子交换膜的制备方法 | |
| CN109851828B (zh) | 一种电纺一维中空多孔无机纳米纤维掺杂改性的非氟质子交换膜及其制备方法 | |
| CN114094154A (zh) | 一种纳米纤维复合质子交换膜及其制备方法 | |
| Subianto et al. | Electrospun nanofibers for low-temperature proton exchange membrane fuel cells | |
| CN112993349A (zh) | 一种中空纳米槽型膜电极的制备方法及其应用 | |
| CN111342061B (zh) | 一种芯壳纤维结构电极及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240130 Address after: No. 0010, 1st Floor, Building W8, Free Trade Innovation Service Center, Daxing Airport Area, Free Trade Pilot Zone, No. 1 Yuanping North Road, Lixian Town, Daxing District, Beijing, 102604 Patentee after: Beijing Youhydrogen Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 100083 No. 30, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee before: University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY BEIJING Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |