[發(fā)明專利]一種燃料電池質(zhì)子交換膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010135119.1
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101831023A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)鋒;刁含斌
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: C08F212/08
• 分類號: C08F212/08;C08F212/36;C08F220/60;C08F220/48;C08F212/14;C08F216/06;C08F226/10;C08F220/50;C08F220/18;C08F220/14;C08J5/22;C08J7/14;H01M8/0
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，涉及一種燃料電池部件及其制備方法，具體涉及一種燃料電池質(zhì)子交換膜的制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心部件。質(zhì)子交換膜不僅是隔膜材料，也是電極活性物質(zhì)(電催化劑)的基底，同時還是一種選擇性膜。其性能的優(yōu)劣直接影響了燃料電池的工作性能。

目前普遍使用的質(zhì)子交換膜為DuPont公司開發(fā)出的Nafion系列膜。它是一種全氟型聚合物膜。由于Nafion膜的甲醇滲透率較高，導(dǎo)致了整個電池的效率下降；同時，其成本較高。

2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)，因其分子內(nèi)有聚合性的乙烯基以及親水性的磺酸基，既可進(jìn)行均聚也可以進(jìn)行共聚，可以和丙烯腈，丙烯酰胺等水溶性單體，苯乙烯，氯乙烯等非水溶性單體共聚；因其分子含有強(qiáng)陰離子性基團(tuán)，質(zhì)子傳導(dǎo)性好，且其含有的酰胺基團(tuán)的屏蔽作用能使分子鏈具有很好的水解穩(wěn)定性、耐酸堿性及熱穩(wěn)定性。由于AMPS只能溶解在水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，因此，通常的制備方法是將AMPS在水中或者DMF中溶液聚合成膜，此方法制備得到的聚合物膜在水中易溶脹，機(jī)械強(qiáng)度較差，影響了其在燃料電池中的應(yīng)用(參見：S.-W.Chuang?et?al./Journal?of?Power?Sources?168(2007)172-177，文獻(xiàn)中，溶劑揮發(fā)法得到的PBI膜儲能模量僅為600MPa)。

專利號為02103930.5的中國發(fā)明專利公開了一種光化學(xué)改性制備反應(yīng)性丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸鹽共聚物材料的方法，該方法采用特定的光化學(xué)試劑，在紫外光作用下，通過與AM/AMPS共聚物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)化為具有反應(yīng)活性的材料。方法包括溶液法、分散體系法、薄膜法和粉末法。其中，AM/AMPS共聚物中AMPS的含量為1.0～50wt％，光化學(xué)試劑的用量為丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸鹽共聚物總量的0.5～10wt％，反應(yīng)溫度為0℃～30℃，光源為500W～1000W高壓汞燈。這些活性共聚物可進(jìn)一步與多種烯類單體聚合，生成具有不同性能和用途的新材料。在該專利中，并沒有公布相關(guān)材料作為質(zhì)子交換膜的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池質(zhì)子交換膜的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種燃料電池質(zhì)子交換膜的制備方法，將可聚合離子液體、可聚合單體、交聯(lián)劑，以重量比1～7∶3～9∶1～2混合，加入引發(fā)劑后，用原位聚合的方法聚合成膜；

上述技術(shù)方案中，所述可聚合離子液體選自：中的一種，其中x＝1～8，a、b、c為1～8；

所述可聚合單體選自：苯乙烯、磺化苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、乙烯醇、α-甲基丙烯腈、α，β，β-三氟苯乙烯、α-甲基磺化苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基吡咯烷酮或八氟苯乙烯中的一種或幾種；

所述引發(fā)劑選自：安息香乙醚、AIBN、雙苯碘引發(fā)劑其中，X^-選自：為BF₄^-，PF₆^-，CF₃SO₃^-中的一種；

具體地，所述雙苯碘引發(fā)劑選自：

中的一種。

上述技術(shù)方案中，所述離子液體為含有AMPS陰離子結(jié)構(gòu)單元的離子液體，通過AMPS與堿中和制備而成，該技術(shù)是本領(lǐng)域?qū)儆谒釅A中和法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的比較成熟的制備離子液體的方法，例如：

具體合成步驟為，將AMPS緩慢加入到稍過量的甲基咪唑中，攪拌過夜，然后用無水乙醚洗滌，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，即得到離子液體；

的具體合成步驟為：將AMPS和稍過量的三乙胺混合，攪拌過夜，用無水乙醚洗滌后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去多余的無水乙醚，即得到離子液體。

上述技術(shù)方案中，所述原位聚合的方法的引發(fā)方法可以為熱引發(fā)或紫外光引發(fā)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)引發(fā)方法選擇相應(yīng)引發(fā)劑。

上述技術(shù)方案中，反應(yīng)時間為10～60min。

進(jìn)一步的技術(shù)方案中，將上述技術(shù)方案所得聚合物膜浸泡在酸＝中，將2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)離子液體重新變成2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)的酸狀態(tài)；所述酸為2＜pH＜5的稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸或醋酸。

本發(fā)明同時要求保護(hù)上述技術(shù)方案所制備得到的質(zhì)子交換膜。

由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：