CN109818023B - 一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将含Mg2+、Al3+、尿素和乙二醇的混合溶液进行水热反应得花状水滑石；(2)利用硅烷偶联剂对花状水滑石进行表面处理，得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；(3)将硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液；(4)铸膜液经溶液浇铸得花状水滑石复合碱性聚电解质膜。本发明利用硅烷偶联剂接枝的花状水滑石作填充材料，并以交联剂与季铵化壳聚糖和聚乙烯醇反应形成互穿网络结构为膜基体，提高了复合膜的拉升强度和碱性稳定性；通过添加硅烷偶联剂接枝的花状水滑石，形成了新的离子传输通道，提升了膜的离子电导率。

Description

一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚电解质膜近年来在超滤膜、电渗析、电化学能源装置如碱性燃料电池、水电解、液流电池等领域引起了越来越多的关注，然而在强碱性环境中膜的降解导致电导率的降低成为限制其发展的关键因素。有机无机复合是同时提高聚电解质膜离子电导率和碱性稳定性的简单有效途径，常用的无机物有SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、蒙脱土、石墨烯、碳纳米管、水滑石。在这些无机材料里，水滑石是一种由层间客体阴离子与带正电荷的主体氢氧化物层板有序组装形成的层状结构阴离子粘土，由于其在碱性环境中制备因此水滑石具有优异的碱性稳定性。水滑石的应用比较广泛，可以用于阻燃剂、绝缘剂、稳定剂、抗老化剂以及抗紫外线剂，水滑石也被用在质子交换膜的填料、催化层、碱性直接乙醇燃料电池的固态电解质以及阴离子交换膜的OH-导体。一般无机纳米材料由于具有大的比表面能极易在聚合物基体中团聚，因此一般将无机物表面进行功能化处理，在增加其与聚合物基体的相容性的同时提升无机材料的离子交换容量，从而提升复合膜的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种性能好的花状水滑石复合碱性聚电解质膜及其制备方法和应用。
一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含Mg2+、Al3+、尿素和乙二醇的混合溶液进行水热反应得花状水滑石；
(2)利用硅烷偶联剂对花状水滑石进行表面处理，得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(3)将硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液；
(4)铸膜液经溶液浇铸、干燥、冷却、揭膜、离子交换，即得花状水滑石复合碱性聚电解质膜。
本发明利用硅烷偶联剂接枝的花状水滑石作填充材料，并以戊二醛与季铵化壳聚糖和聚乙烯醇反应形成互穿网络结构为膜基体，在两相协同作用下极大的提高了复合膜的拉升强度和碱性稳定性；
本发明制备的复合膜通过添加硅烷偶联剂接枝的花状水滑石，在复合膜中形成了新的离子传输通道，提升了膜的离子电导率；
优选的，步骤(1)中，Mg2++Al3+的总摩尔浓度为0.1～0.4mol/L，Mg2+：Al3+：尿素的摩尔比为2：1：6～18。
优选的，步骤(1)中，水热反应温度120～180℃，水热反应时间1～24h；将水热反应得到的花状水滑石清洗多次，100℃干燥。
优选的，步骤(2)中进行表面处理包括将花状水滑石的分散液与硅烷偶联剂进行搅拌反应；花状水滑石在乙醇溶液中经超声分散得其分散液；乙醇溶液中的去离子水：乙醇体积比为1～4；花状水滑石与硅烷偶联剂的比例为100mg/mL～1000mg/mL。
优选的，所述的硅烷偶联剂为十二基二甲基[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵、3-[三甲氧基硅基]丙基二甲基十八烷基氯化铵、四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵中的任意一种。
优选的，步骤(3)硅烷偶联剂接枝的花状水滑石超声分散在无水乙醇得其分散液；硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的质量与无水乙醇的体积比例为1mg/mL～5mg/mL。
优选的，所述季铵化壳聚糖的季铵化取代度为20～50％，季铵化壳聚糖溶液由季铵化壳聚糖溶解0.5vt％的醋酸溶液中得到，季铵化壳聚糖溶液的浓度为1wt％～4wt％，聚乙烯醇的浓度为1wt％～5wt％，季铵化壳聚糖与聚乙烯醇的质量比例为18～3：2。
优选的，所述花状水滑石分散液与(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇)的质量比为1～30:100，季铵化壳聚糖与聚乙烯醇的质量比例为18～3:2，(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇)：戊二醛与(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇)的质量比为100:1～100:10。
一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜，其由如上述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法制备。
上述的花状水滑石复合碱性聚电解质膜在制备碱性聚电解质燃料电池中的应用。
本发明利用硅烷偶联剂接枝的花状水滑石作填充材料，并以戊二醛与季铵化壳聚糖和聚乙烯醇反应形成互穿网络结构为膜基体，在两相协同作用下极大的提高了复合膜的拉升强度和碱性稳定性；
本发明制备的复合膜通过添加硅烷偶联剂接枝的花状水滑石，在复合膜中形成了新的离子传输通道，提升了膜的离子电导率；
综上所述，本发明制备的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石复合碱性聚电解质膜有望在碱性聚电解质燃料电池领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中所制备的花状水滑石的透射电镜图；
图2为实施例1中所制备的花状水滑石在复合膜中的断面扫描电镜图；
图3为实施例1中所制备的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石在复合膜中的断面扫描电镜图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
(1)将Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O溶解在60mL乙二醇中配置成混合溶液，其中Al3+的摩尔浓度为0.033mol/L，Mg2+：Al3+：尿素摩尔比为2:1:6；
(2)步骤(1)中的混合液室温搅拌0.5h，转移到水热反应釜180℃，水热反应6h，产物用去离子水跟无水乙醇各洗三次，100℃干燥12h得到产物；
(3)将100mg步骤(2)中所得的花状水滑石分散在20mL体积比1：1的乙醇去离子水混合液中，经超声分散得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液，上述分散液中加入0.05mL十二基二甲基[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵室温搅拌24h，产物用去离子水洗三次，室温真空干燥得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(4)取步骤(3)所得硅烷偶联剂接枝的花状水滑石50mg分散在10mL无水乙醇中，室温超声振荡1h后得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液；
(5)称取0.6g季铵化取代度为41％的季铵化壳聚糖(原料壳聚糖购至国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度：80％～95％，粘度：50～800mPa·s。季铵化壳聚糖的制备过程：将6g干燥的壳聚糖粉末溶解在300mL 2vt％的乙酸水溶液中，加入150mL 4wt％的NaOH水溶液碱化4.5h，然后用去离子水抽滤洗涤至滤液为中性；将上述碱化壳聚糖加入到200mL异丙醇中60℃下分散1.5h，取8.5g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为季铵化试剂，在80℃下反应8h得到季铵化壳聚糖；通过电导滴定测定Cl-含量确定其季铵化取代度为41％)加入20mL为0.5vt％的醋酸溶液使季铵化壳聚糖溶解，得到浓度为3wt％溶液；
(6)称取0.4g聚乙烯醇(原料聚乙烯醇购至国药集团化学试剂有限公司，数均聚合度1750±50)加入到10mL去离子水中，在90℃下溶解后，得到浓度为4wt％溶液，再与步骤(7)所得的季铵化壳聚糖溶液混合均匀，得到膜基体溶液；
(7)将步骤(6)所得的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液与步骤(8)所得的季铵化壳聚糖和聚乙烯醇溶液混合，室温搅拌4h后加入(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇):戊二醛质量比为100:2的戊二醛，室温下搅拌1h后室温超声分散0.5h得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却后揭膜，将膜浸泡在1mol/L的氢氧化钠溶液24h中离子交换最后泡在去离子水中24h，得到OH-型硅烷偶联剂接枝的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。性能测试结果见表1。
为了进行对比，将0.6g实施例1中的季铵化壳聚糖溶解在20mL 0.5vt％醋酸溶液中，然后与10mL 0.4g的聚乙烯醇溶液混合均匀得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却、离子交换后即得到OH-型季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜；
将0.6g实施例1中的季铵化壳聚糖溶解在20mL 0.5vt％的醋酸溶液中，然后与10mL 0.4g的聚乙烯醇溶液混合均匀得到膜基体溶液，将50mg步骤(3)中的花状水滑石分散在10mL无水乙醇中超声分散1h得到花状水滑石分散液，将花状水滑石分散液与膜基体溶液混合，室温搅拌4h后用戊二醛在室温下交联1h，超声分散0.5h后得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却、揭膜、离子交换，即得OH-型花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。
表1
Figure BDA0001948559080000051
从表1结果可以看出，本实施例所制备的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜的离子电导率比季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜提升了40％，同时该复合膜的机械性能和碱性稳定性较季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜也极大提高。而硅烷偶联剂接枝的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜离子电导率和拉伸强度进一步提升。
从图1花状水滑石的透射电镜图来看，水滑石纳米片通过自组装聚集成大比表面积的花状结构。从图3可以看出接枝硅烷偶联剂的花状水滑石在膜基体中分散良好，没有出现团聚现象，相比于图2没有接枝硅烷偶联剂的花状水滑石，其断面结构更为致密，更有利于提高复合膜的机械性能。
实施例2
(1)将Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O溶解在60mL乙二醇中配置成混合溶液，其中Al3+的摩尔浓度为0.133mol/L，Mg2+：Al3+：尿素摩尔比为2:1:15；
(2)步骤(1)中的混合液室温搅拌4h，转移到水热反应釜180℃，水热反应24h，产物用去离子水跟无水乙醇各洗三次，100℃干燥12h得到产物；
(3)将100mg步骤(2)中所得的花状水滑石分散在20mL体积比1：1的乙醇去离子水混合液中，经超声分散得到花状水滑石的分散液，上述分散液中加入0.5mL 3-[三甲氧基硅基]丙基二甲基十八烷基氯化铵室温搅拌24h，产物用去离子水洗三次，室温真空干燥得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(4)取步骤(3)所得硅烷偶联剂接枝的花状水滑石10mg分散在10mL无水乙醇中，室温超声振荡1h后得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液；
(5)称取0.7g季铵化取代度为41％的季铵化壳聚糖(原料壳聚糖购至国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度：80％～95％，粘度：50～800mPa·s。季铵化壳聚糖的制备过程：将6g干燥的壳聚糖粉末溶解在300mL 2vt％的乙酸水溶液中，加入150mL 4wt％的NaOH水溶液碱化4.5h，然后用去离子水抽滤洗涤至滤液为中性；将上述碱化壳聚糖加入到200mL异丙醇中60℃下分散1.5h，取8.5g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为季铵化试剂，在80℃下反应8h得到季铵化壳聚糖；通过电导滴定测定Cl-含量确定其季铵化取代度为41％)加入70mL0.5vt％的醋酸溶液使季铵化壳聚糖溶解，得到浓度为1wt％溶液；
(6)称取0.3g聚乙烯醇(原料聚乙烯醇购至国药集团化学试剂有限公司，数均聚合度1750±50)加入到10mL去离子水中，在90℃下溶解后，得到浓度为3wt％溶液，再与步骤(5)所得的季铵化壳聚糖溶液混合均匀，得到膜基体溶液；
(7)将步骤(4)所得的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液与步骤(8)所得的季铵化壳聚糖和聚乙烯醇溶液混合，室温搅拌3h后加入(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇):戊二醛质量比为100:5的戊二醛，室温下搅拌2h后室温超声分散1h得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却后揭膜，将膜浸泡在1mol/L的氢氧化钠溶液24h中离子交换后泡在去离子水中24h，即得OH-型硅烷偶联剂接枝的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。
实施例3
(1)将Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O溶解在60mL乙二醇中配置成混合溶液，其中Al3+的摩尔浓度为0.066mol/L，Mg2+：Al3+：尿素摩尔比为2:1：18；
(2)步骤(1)中的混合液室温搅拌0.5h，转移到水热反应釜180℃，水热反应1h，产物用去离子水跟无水乙醇各洗三次，100℃干燥12h得到产物；
(3)将100mg步骤(2)中所得的花状水滑石分散在20mL体积比1：1的乙醇去离子水混合液中，经超声分散得到花状水滑石的分散液，上述分散液中加入1mL四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵室温搅拌12h，产物用去离子水洗三次，室温真空干燥得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(4)取步骤(3)所得硅烷偶联剂接枝的花状水滑石20mg分散在10mL无水乙醇中，室温超声振荡1h后得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液；
(5)称取0.9g季铵化取代度为41％的季铵化壳聚糖(原料壳聚糖购至国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度：80％～95％，粘度：50～800mPa·s。季铵化壳聚糖的制备过程：将6g干燥的壳聚糖粉末溶解在300mL 2vt％的乙酸水溶液中，加入150mL 4wt％的NaOH水溶液碱化4.5h，然后用去离子水抽滤洗涤至滤液为中性；将上述碱化壳聚糖加入到200mL异丙醇中60℃下分散1.5h，取8.5g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为季铵化试剂，在80℃下反应8h得到季铵化壳聚糖；通过电导滴定测定Cl-含量确定其季铵化取代度为41％)加入22.5mL0.5vt％的醋酸溶液使季铵化壳聚糖溶解，得到浓度为4wt％溶液；
(6)称取0.1g聚乙烯醇(原料聚乙烯醇购至国药集团化学试剂有限公司，数均聚合度1750±50)加入到10mL去离子水中，在90℃下溶解后，得到浓度为1wt％溶液，再与步骤(5)所得的季铵化壳聚糖溶液混合均匀，得到膜基体溶液；
(7)将步骤(4)所得的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液与步骤(6)所得的季铵化壳聚糖和聚乙烯醇溶液混合，室温搅拌1h后加入(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇):戊二醛质量比为100:10的戊二醛，室温下搅拌4h后室温超声分散0.5h得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却后揭膜，将膜浸泡在1mol/L的氢氧化钠溶液24h中离子交换后泡在去离子水中24h，即得OH-型硅烷偶联剂接枝的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。
实施例4
(1)将Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O溶解在60mL乙二醇中配置成混合溶液，其中Al3+的摩尔浓度为0.01mol/L，Mg2+：Al3+：尿素摩尔比为2:1：12；
(2)步骤(1)中的混合液室温搅拌3h，转移到水热反应釜140℃，水热反应12h，产物用去离子水跟无水乙醇各洗三次，100℃干燥12h得到产物；
(3)将100mg步骤(2)中所得的花状水滑石分散在20mL体积比1：1的乙醇去离子水混合液中，经超声分散得到花状水滑石分散液，上述分散液中加入0.5mL 3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵室温搅拌12h，产物用去离子水洗三次，室温真空干燥得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(4)取步骤(3)所得硅烷偶联剂接枝的花状水滑石40mg分散在10mL无水乙醇中，室温超声振荡1h后得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液；
(5)称取0.6g季铵化取代度为41％的季铵化壳聚糖(原料壳聚糖购至国药集团化学试剂有限公司，脱乙酰度：80％～95％，粘度：50～800mPa·s。季铵化壳聚糖的制备过程：将6g干燥的壳聚糖粉末溶解在300mL 2vt％的乙酸水溶液中，加入150mL 4wt％的NaOH水溶液碱化4.5h，然后用去离子水抽滤洗涤至滤液为中性；将上述碱化壳聚糖加入到200mL异丙醇中60℃下分散1.5h，取8.5g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为季铵化试剂，在80℃下反应8h得到季铵化壳聚糖；通过电导滴定测定Cl-含量确定其季铵化取代度为41％)加入15mL0.5vt％的醋酸溶液使季铵化壳聚糖溶解，得到浓度为4wt％溶液；
(6)称取0.4g聚乙烯醇(原料聚乙烯醇购至国药集团化学试剂有限公司，数均聚合度1750±50)加入到8mL去离子水中，在90℃下溶解后，得到浓度为5wt％溶液，再与步骤(7)所得的季铵化壳聚糖溶液混合均匀，得到膜基体溶液；
(7)将步骤(4)所得的硅烷偶联剂接枝的花状水滑石分散液与步骤(8)所得的季铵化壳聚糖和聚乙烯醇溶液混合，室温搅拌1h后加入(季铵化壳聚糖+聚乙烯醇):戊二醛质量比为100:1的戊二醛，室温下搅拌1h后室温超声分散1h得到铸膜液，经溶液浇铸、干燥、冷却后揭膜，将膜浸泡在1mol/L的氢氧化钠溶液24h中离子交换后泡在去离子水中24h，即得OH-型硅烷偶联剂接枝的花状水滑石/季铵化壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。性能测试结果见表1。
表2列出了实施例2～4制得的花状水滑石复合碱性聚电解质膜的各项性能指标数据。
表2
性能指标 实施例2 实施例3 实施例4
离子电导率(mS/cm,80℃) 34 36 32
拉伸强度(MPa) 12 15 12
断裂伸长率(％) 32 36 20
碱性稳定性(h) 605 630 600
以上各实施例所制备的膜性能测试条件统一描述如下：
(1)离子电导率：膜的电阻在频率响应分析仪上进行测试，频率扫描范围为1-106Hz,交流信号振幅为50mV。将裁剪好的膜(长×宽＝2.5cm×1.5cm)采用二电极交流阻抗法测试，在测试之前，膜样品置于室温去离子水中达饱和。膜的离子电导率σ(S/cm)通过下式进行计算：
Figure BDA0001948559080000101
式中，L和A分别为两电极的间距和两电极间待测膜的有效横截面积，R是膜的电阻，通过交流阻抗测试所得的Nyquist图求取。
(2)拉伸强度和断裂伸长率：将膜裁成长40mm，宽10mm的长方形样条，在电子拉力机上采用1mm/min的拉伸速度进行测试。
(3)碱性稳定性：将膜在室温1mol/L KOH水溶液中浸泡，间隔一定时间后取出，反复用去离子水冲洗至冲洗液为中性后，再测定复合膜的离子电导率，记录离子电导率随时间的变化曲线，通过离子电导率下降为浸泡前70％的时间进行对比复合膜的耐碱性稳定性。以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将含Mg2+、Al3+、尿素和乙二醇的混合溶液进行水热反应得花状水滑石；
(2)利用硅烷偶联剂对花状水滑石进行表面处理，得到硅烷偶联剂接枝的花状水滑石；
(3)将硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的分散液与季铵化壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液在交联剂的存在下混合得到铸膜液；
(4)铸膜液经溶液浇铸、干燥、冷却、揭膜、离子交换，即得花状水滑石复合碱性聚电解质膜。
2.如权利要求1所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Mg2++Al3+的总摩尔浓度为0.1～0.4mol/L，Mg2+：Al3+：尿素的摩尔比为2：1：6～18。
3.如权利要求2所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水热反应温度120～180℃，水热反应时间1～24h；将水热反应得到的花状水滑石清洗多次，100℃干燥。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中进行表面处理包括将花状水滑石的分散液与硅烷偶联剂进行搅拌反应；花状水滑石在乙醇溶液中经超声分散得其分散液；乙醇溶液中的去离子水：乙醇体积比为1～4；花状水滑石与硅烷偶联剂的比例为100mg/mL～1000mg/mL。
5.如权利要求4所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为十二基二甲基[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵、3-[三甲氧基硅基]丙基二甲基十八烷基氯化铵、四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵3-三乙氧基硅基丙基三甲基氯化铵中的任意一种。
6.如权利要求1-3任一项所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)硅烷偶联剂接枝的花状水滑石超声分散在无水乙醇得其分散液；硅烷偶联剂接枝的花状水滑石的质量与无水乙醇的体积比例为1mg/mL～5mg/mL；交联剂为戊二醛。
7.如权利要求6所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述季铵化壳聚糖的季铵化取代度为20～50％，季铵化壳聚糖溶液由季铵化壳聚糖溶解0.5wt ％的醋酸溶液中得到，季铵化壳聚糖溶液的浓度为1wt％～4wt％，聚乙烯醇的浓度为1wt％～5wt％，季铵化壳聚糖与聚乙烯醇的质量比例为18～3：2。
8.如权利要求7所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法，其特征在于，所述花状水滑石分散液与季铵化壳聚糖+聚乙烯醇的质量比为1～30:100，季铵化壳聚糖与聚乙烯醇的质量比例为18～3:2，季铵化壳聚糖+聚乙烯醇：戊二醛的质量比为100:1～10。
9.一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜，其特征在于：其由如权利要求1～8任意一项所述的一种花状水滑石复合碱性聚电解质膜的制备方法制备。
10.如权利要求9所述的花状水滑石复合碱性聚电解质膜在制备碱性聚电解质燃料电池中的应用。
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CN115353657B (zh) * 2022-08-15 2023-07-04 湖北工程学院 一种磁场诱导的有机-无机复合交联阴离子交换膜的制备方法
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JP4167914B2 (ja) * 2003-03-07 2008-10-22 日本板硝子株式会社 イオン交換性機能膜
JP5275756B2 (ja) * 2008-11-05 2013-08-28 国立大学法人京都大学 アルカリ燃料電池用電極
JP6292906B2 (ja) * 2013-02-01 2018-03-14 株式会社日本触媒 アニオン伝導性材料及び電池
CN105126896A (zh) * 2015-09-18 2015-12-09 河海大学 一种花状镁铝水滑石负载碳酸银纳米材料的制备方法
CN107359364A (zh) * 2017-07-19 2017-11-17 湖北工程学院 碱性聚电解质膜及其制备方法和应用
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