[發明專利]一種磺化電池交換膜的制備方法

無效

• 申請號: 200810035687.7
• 申請日: 2008-04-07
• 公開（公告）號: CN101252178A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 楊梅
• 申請（專利權）人: 深圳市富易達電子科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M8/02;C08J5/18;C08J5/22;C08L81/06;C08G75/23
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司
• 代理人: 解文霞

技術領域

本發明涉及一種燃料電池薄膜的制備方法技術領域。

背景技術

電池內部的隔離膜，是電池最重要的一種材料。因為電池利用隔離膜來隔離正極和負極間的電子移動，以達成避免發生短路，而且，隔離膜含浸有電解液，可提供正極和負極間的離子移動，使得電池產生電位而提供電能。但是，目前現有電池所使用的隔離膜，卻存在著厚度過厚的缺點，大約占據電池總厚度的40％以上，導致本領域技術人員必須先解決和克服隔離膜的厚度問題后，電池才可符合電子產品追求輕、薄、短、小的目標，同時，含浸在電池隔離膜上的電解液，仍經常有漏液的問題，會導致縮短電池的使用壽命。

質子交換膜是決定燃料電池性能的關鍵技術之一。目前，質子交換膜燃料電池中所用的膜材料，80％左右都是杜邦DuPOnt公司生產的NafiOn系列全氟磺酸高分子質子交換膜，膜的厚度從20-180pm。該膜材料具有高化學穩定性和高質子傳導率，是質子交換膜燃料電池廣泛采用的全氟磺酸類高分子電解質膜中最具有代表性的，但同時它也有自身無法克服的缺點，如：形知kawaM，等在PrOgress?in?POlymer?science?25(2000)1463-1502中介紹的高分子質子膜。(1)NafiOn膜需要很高的水含量才能有足夠的導質子能力，而因其吸水能力有限，需要連續對膜進行增濕，增加了電池淹沒的可能性；(2)它很難在高于100℃以上穩定操作，這就限制了電池性能進一步提高和余熱的充分利用，且低溫下CO易使催化劑中毒；(3)NafiOn膜的價格過高，目前大約每平方米需800美元。

為了克服NafiOn膜的缺點，目前，大量的研究工作正集中在開發新的燃料電池質子膜，一些研究者致力NafiOn膜的改性。M.anabe等在J.Phys.Chem.B，1()2(1998)3129-3137上發表文章借助物理共濕來實現膜的自增濕，不足之處在于質子膜中催化劑用量控制不當時，能造成原料氣滲漏，另外膜中催化劑顆粒隨水流失不可避免，造成電池脫水。但是，這些膜已顯示出某些優于NafiOn膜的性能，只不過還不能完全令人滿意。

還有人在JOumal?OfMembrane?science，173(2000)17-34文章中介紹了一種用聚醚醚酮高分子制備的質子膜，由于磺化度只有30-100％范圍不夠寬，限制了質子膜材料的性能優化。而且在制備方法上，存在磺化劑消耗量大、磺化反應時間過長，經濟性差，廢酸污染嚴重，不利于大規模生產。

如何提供一種耐熱、化學穩定性好和機械性能優異，原材料廉價易得，常溫下的質子傳導率與NafiOn?112膜相當，而且在燃料電池操作中使用時，可做到不需外部增濕仍能得到較好的燃料電池性能，并有效地克服現有質子交換膜的質子傳導能力受膜中含水量限制的缺點，從而進一步擴大燃料電池的使用范圍，促進燃料電池的商品化。

發明內容

本發明的目的就是一種磺化電池交換膜的制備方法，該方法有效地克服現有質子交換膜的質子傳導能力受膜中含水量限制的缺點，為其商品應用提供了可能。

本發明是用高分子二氮雜蔡聚醚諷酮(PPESK)為原料，經磺化制得一種耐高溫、吸水性強、電導率高的磺化二氮雜蔡聚醚楓酮(SPPESK)膜材料，其分子量為100,000-200,000，礬酮摩爾比為1∶1-3，常壓空氣中玻璃化溫度為280-330℃，磺化度m＝0.1-2.0。磺化度代表SPPESK膜材料分子鏈中每個礬或酮結構單元上所含磺酸基團的摩爾分數。

本發明采取的具體技術方案如下：

磺化電池交換膜的制備方法，其步驟為：

a、二氮雜蔡聚醚楓酮(PPESK)的磺化；

b、磺化二氮雜蔡聚醚楓酮(SPPESK)質子交換膜的制備。

上述的步驟a，磺化的具體操作方法是：將經干燥的二氮雜蔡聚醚礬酮加到鹵代烷烴溶劑中，攪拌使其溶解，向二氮雜蔡聚醚礬酮溶液中加磺化劑，反應完全后，將反應液靜止分層，取出下層反應物，加入有機沉淀劑，析出沉淀物，過濾，然后將過濾物溶于N，N-二甲基乙酞胺，滴到沉淀劑中，再次析出沉淀物，再過濾，產物用丙酮洗滌至中性，干燥。

上述的磺化劑的用量為2-50ml/g二氮雜蔡聚醚礬酮，反應溫度在在0℃-50℃，反應0.5-10小時。兩次沉淀劑的用量為：20-500ml/g?PPEsK。具體的干燥條件是：在40-100℃，真空度0-0.1MPa下干燥。

上述的步驟b，將步驟a得到的SPPESK膜材料與DMAc配成溶液，用澆鑄法將溶液倒在玻璃板上，干燥。