[發明專利]一種燃料電池用抗氧化降解復合質子交換膜及其制備

無效

• 申請號: 200710010869.4
• 申請日: 2007-04-06
• 公開（公告）號: CN101281967A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 邢丹敏;張華民;翟云峰;王亮;劉永浩;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10;H01M2/16;H01M4/94;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

1.?一種質子交換膜燃料電池用的抗氧化降解復合膜，其特征在于：其成份包括質子交換膜樹脂和過氧化氫分解催化劑，其中過氧化氫分解催化劑為C、Ag、Pd或Ru之一，或Ag、Pd、Ru的擔載型催化劑之一；其中C、Ag、Pd、Ru的含量為0.01～1mg/cm²，制得的抗氧化降解復合質子交換膜的厚度為15～120μm之間。

2.?按照權利要求1所述復合膜，其特征在于：所述質子交換膜樹脂為非氟質子交換膜樹脂或全氟磺酸樹脂。

3.?按照權利要求2所述復合膜，其特征在于：所述非氟質子交換膜樹脂為磺化聚芳醚砜、磺化聚醚醚酮、部分氟化磺化聚苯乙烯、部分氟化磺化聚芳醚砜或部分氟化磺化聚芳醚酮。

4.?按照權利要求1所述復合膜，其特征在于：所述復合膜由質子交換膜樹脂、過氧化氫分解催化劑和增強材料組成；

當所述增強材料為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯的多孔膜時，其厚度為5～50μm，孔徑為0.05～1μm，孔隙率為60～95％，多孔膜包埋于質子交換膜樹脂和過氧化氫分解催化劑材料中，制得的抗氧化降解復合質子交換膜的厚度為15～120μm之間；

或者，當所述增強材料為纖維材料中的碳纖維或碳納米管時，纖維材料與質子交換膜樹脂重量比為0.5-5％。

5.?按照權利要求1所述復合膜，其特征在于：所述擔載型催化劑中Ag、Pd或Ru擔載量為催化劑重量的1-10％。

6.?按照權利要求1所述復合膜，其特征在于：所述催化劑的粒徑為0.005～1.0μm。

7.?按照權利要求1所述復合膜，其特征在于：所述催化劑的粒徑為0.01～0.05μm。

8.?一種權利要求1所述復合膜的制備方法，其特征在于：

1)將過氧化氫分解催化劑與有機溶劑混合，催化劑的濃度為1～20wt％，用超聲振蕩10～60分鐘制得均勻分散的懸浮液；

2)將質子交換樹脂溶解于溶劑中，制成質子交換樹脂含量為3～30wt.％的均勻制膜溶液；

3)將上述的催化劑或催化劑/有機溶劑懸浮液與制膜溶液混合，攪拌均勻；所述溶液中每個組分的重量比為：催化劑∶質子交換樹脂∶溶劑＝1∶5～50∶120；

4)A.將步驟3)制得的含有催化劑的制膜溶液澆注或噴涂在支撐體上，在50～100℃熱臺上干燥8～24小時，再置于120℃的真空烘箱干燥3～24小時，取出后浸泡在去離子水中使膜脫離后將復合膜取下；其中所述的鑄膜的支撐體為致密、光滑的玻璃、金屬、陶瓷或塑料，或者是覆蓋其上的多孔薄膜，多孔膜為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯多孔膜，其厚度為5～50μm，孔徑為0.05～1μm，孔隙率為60～95％；

B.或者于步驟3)制得的含有催化劑的制膜溶液中加入碳纖維或碳納米管，碳纖維或碳納米管與質子交換膜樹脂重量比為0.5-5％；混均后將其澆注在支撐體上，在50～100℃熱臺上干燥8～24小時，再置于120℃的真空烘箱干燥3～24小時，取出后浸泡在去離子水中使膜脫離后將復合膜取下；其中所述的鑄膜的支撐體為致密、光滑的玻璃、金屬、陶瓷或塑料。

9.?按照權利要求8所述復合膜的制備方法，其特征在于：以與質子交換樹脂膜為中間層，將權利要求8所制備的復合膜熱壓于中間層的兩側、或將權利要求8步驟3)制得的含有催化劑的制膜溶液澆注或噴涂在中間層的兩側，形成三層復合結構。

10.?按照權利要求8所述復合膜的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中有機溶劑為N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、1-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮或正丙醇，催化劑的濃度為2～8wt％；

所述步驟2)中溶劑為高沸點極性溶劑N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或1-甲基-2-吡咯烷酮，或是高沸點極性溶劑中任何一種與低沸點共溶劑組成的混合溶劑，所述的低沸點共溶劑可以是丙酮、丙醇、異丙醇或四氫呋喃，低沸點共溶劑的體積含量≤50％；制成質子交換樹脂含量為10～20wt.％的均勻制膜溶液。