【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体涉及基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种利用正负极间的氧化还原反应将氢氧燃料中的化学能转化为电能的装置。pemfc具有高效、环保、无污染、运行噪音小、冷启动快等优点，是一种绿色能源。由于其具备以上优点，燃料电池被广泛应用于汽车、无人机、航空航天及电站等领域。但普通燃料电池具有一些明显的缺点，如只能在低温(100℃)下工作，催化剂效率低，复杂的水热管理，一氧化碳耐受性低等缺点。而在100-200℃下工作的质子交换膜燃料电池又被称为高温质子交换膜燃料电池(ht-pemfc)，相较于普通燃料电池，高温燃料电池具有一氧化碳耐受性强、高催化剂效率、简化水热管理、低成本等优势。高温质子交换膜作为高温燃料电池的核心部件，在燃料电池中起到隔绝两极间燃料的渗透、在燃料电池内部传输质子等重要作用。
2、磷酸具有较强的质子传导能力，因而通常选用磷酸作为高温质子交换膜的传输介质,质子的传导速率主要取决于其磷酸掺杂量，而过高的磷酸掺杂量会对质子传导薄膜带来明显的“塑化作用”，进而降低薄膜的机械性能，影响薄膜在实际应用中的性能。也就是说现有技术无法实现质子传导率、机械性能以及尺寸稳定性的同步提高，因此如何保持薄膜优异的机械性能和尺寸稳定性的同时，提高材料质子传导率是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，它的制备方法包含以下步骤
2、(1)按照摩尔比1:1～10:1将聚苯并咪唑和6-氯-1-己烯加入溶剂中，在20～90℃下进行2～16小时的超声处理后，加入八乙烯基聚倍半硅氧烷，再进行2小时的超声处理后，再在60～160℃下干燥20～80小时后获得材料1薄膜；所述的溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮中的一种或任意组合，所述的八乙烯基聚倍半硅氧烷与6-氯-1-己烯的摩尔比为1:1～15:1；
3、所述的聚苯并咪唑为以下结构中的一种：
4、1)含苯侧基的芳醚型聚苯并咪唑(ph-pbi):它的制备方法如下：
5、
6、其中n为正整数，n＝40～150。
7、2)芳醚型聚苯并咪唑(opbi)，它的制备方法如下：
8、
9、其中m为正整数，m＝80～200。
10、所述的八乙烯基聚倍半硅氧烷的结构如下所示：
11、
12、(2)将步骤(1)中获得的材料1薄膜在10～120kgy进行辐照改性处理后获得交联型材料1膜，再将交联型材料1膜浸泡在磷酸水溶液，在80～160℃下保温40～80小时后获得基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，所述的磷酸水溶液的质量分数为50-95％，所述的辐照改性处理为：辐照设备为电子加速器或钴源；所述的交联型材料1为如下结构中的一种：
13、
14、其中n为正整数，n＝40～150。
15、
16、其中m为正整数，m＝80～200。
17、进一步地，步骤(1)所述的在40～70℃下进行4～8小时的超声处理，在80～140℃下干燥时间为30～72小时。
18、进一步地，步骤(1)所述的八乙烯基聚倍半硅氧烷与6-氯-1-己烯的摩尔比为1:1～10:1。
19、进一步地，步骤(1)所述的含苯侧基的芳醚型聚苯并咪唑结构中的n为50～120，所述的芳醚型聚苯并咪唑中的m为100～150。
20、进一步地，步骤(2)所述的材料1薄膜在30～80kgy进行辐照改性处理后获得交联型材料1膜。
21、进一步地，步骤(2)所述的磷酸水溶液的质量分数为70-90％。
22、进一步地，步骤(2)所述的在100～130℃下保温50～72小时后获得基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜。
23、本专利技术还提供了一种基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜在电池领域的应用。
24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：
25、此外与现有技术相比，现有技术主要采用磺化聚合物提高材料质子传导率，而本专利技术通过原料、配比、工艺以及参数的协同作用，形成的共价键交联网络能够提升薄膜主链间的相互作用，有效提升薄膜的力学性能，有效解决了交联剂的残留以及交联效率低等问题，获得的交联网络具有均一高效的特点，即在薄膜内部发生的交联是各处相等的，而不是存在交联只是发生在某一区域，避免了薄膜交联度不均一的现象，交联速度更快，更有利于大规模工业化生产，本专利技术获得的材料具有网状结构，不但实现了较好的机械性能、尺寸稳定性以及较好的储酸能力，还具有较好的吸酸能力。此外，本专利技术制备工艺简单，步骤简便，反应速度快，避免了传统工艺繁琐的交联过程，适用于工业生产；辐照的交联方式避免了薄膜内多余交联剂的残留，同时也提高了薄膜交联网络的均一性；获得的薄膜具备较好的机械性能和化学稳定性；同步提高力学性能、磷酸掺杂水平、热稳定性和质子传导率等性能。综上，通过调整原料、配比、工艺和参数等方面的协同作用，使得材料在力学性能、热稳定性、尺寸稳定、储酸能力以及导电性等方面的性能明显优于现有技术所获得的材料。本专利技术所制备的交联膜的凝胶含量可达90％～95％；最大拉伸强度可达125mpa～138mpa；磷酸吸附水平可达290％～320％；质子传导率可达140ms·cm-1～170ms·cm-1；燃料电池性能达≥496mw·cm-2。
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1.一种基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，它的制备方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的在40～70℃下进行4～8小时的超声处理，在80～140℃下干燥时间为30～72小时。
3.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的八乙烯基聚倍半硅氧烷与6-氯-1-己烯的摩尔比为1:1～10:1。
4.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的含苯侧基的芳醚型聚苯并咪唑结构中的n为50～120，所述的芳醚型聚苯并咪唑中的m为100～150。
5.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(2)所述的材料1薄膜在30～80kGy进行辐照改性处理后获得交联型质子交换膜。
6.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(2)所述的磷酸水溶液的质量分数为70-90％。
7.根据权利要求1所述
8.权利要求1-7任意所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜在电池领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，它的制备方法包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的在40～70℃下进行4～8小时的超声处理，在80～140℃下干燥时间为30～72小时。
3.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的八乙烯基聚倍半硅氧烷与6-氯-1-己烯的摩尔比为1:1～10:1。
4.根据权利要求1所述的基于聚苯并咪唑的辐照交联型质子交换膜，其特征在于，步骤(1)所述的含苯侧基的芳醚型聚苯并咪唑结构中的n为50～120，所述的芳醚型聚苯并咪...
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