[發明專利]一種質子交換復合膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110376295.9
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102432903A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 張玉微;廖建輝;劉長鵬;梁亮;李晨陽;邢巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;H01M8/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，更具體地說，涉及一種質子交換復合膜及其制備方法。

背景技術

隨著世界人口和人類活動的增長，人類常常受到可支持其各種活動的電能供應能力的限制。燃料電池是通過電化學反應將化學能直接轉化為電能的一種裝置，即，燃料電池是以電化學的方式發電，采用液體或氣體燃料，與氧氣作用后產生電能以及少量熱量。而且，燃料電池產生電能后排放的產物為水，符合環保的要求，從而解決了燃燒工藝固有的污染問題。自1839年Gove首次提出了燃料電池的概念以來，燃料電池作為一種高效無污染的能量轉換裝置得到了越來越多的關注。與其他類型的燃料電池相比，質子交換膜燃料電池(簡稱PEMFC)由于具有工作溫度低、比能量高、啟動快和壽命長等優點，因此是電動汽車和其他需要動力源的環保設備最理想的候選電源。

質子交換膜是PEMFC的核心部件之一，其性能的好壞直接影響電池的整體性能，而且對降低電池成本、減小電池內阻以及提高能量轉換效率等均至關重要。為了保證燃料電池的正常運行，質子交換膜要求具備優異的化學、熱力學穩定性和良好的質子傳導性等性能。對于直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)，質子交換膜還應具有阻止甲醇滲透，確保電池輸出性能等特點。但是，目前應用于質子交換膜燃料電池的質子交換膜的燃料滲透率較高，特別是使用甲醇作為燃料時，由于膜的甲醇透過率較高，造成電池開路電壓大幅度減小，陰極催化劑發生中毒，燃料利用效率低，造成直接甲醇燃料電池的性能低下。

有鑒于此，對質子交換膜進行摻雜修飾漸漸成為目前研究的熱點，修飾的無機化合物包括二氧化硅、磷酸氫鋯、雜多酸沸石、改性蒙脫土、氧化鋁、二氧化鈦和氧化鋯等。摻雜修飾的方式能夠阻止甲醇的滲透，但是，以上述無機化合物對質子交換膜摻雜修飾形成的復合膜在降低甲醇滲透率的同時，質子交換膜的機械性能遭到了嚴重破壞。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種質子交換復合膜及其制備方法，該方法制備的質子交換復合膜的甲醇透過率較低，機械性能良好，質子傳導性能良好。

為了解決以上技術問題，本發明提供一種質子交換復合膜的制備方法，包括以下步驟：

將含氨烷基的有機硅烷與水混合，形成混合溶液；

向所述混合溶液中加入酸，反應后得到修飾溶液；

將質子交換膜浸入所述修飾溶液中，反應后得到質子交換復合膜。

優選的，所述含氨烷基的有機硅烷為3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

優選的，所述含氨烷基的有機硅烷與水的質量比為1∶(80～150)。

優選的，所述含氨烷基的有機硅烷與水的質量比為1∶100。

優選的，所述酸為硫酸、鹽酸或磷酸。

優選的，所述向混合溶液中加入酸具體為：

向混合溶液中滴加酸，滴加時間為10～20h。

優選的，還包括：

將所述質子交換膜進行干燥預處理，干燥溫度為120～160℃，干燥時間為30～60min。

優選的，所述質子交換膜在所述修飾溶液中的浸入時間為5s～10min。

優選的，得到質子交換復合膜后還包括：

將所述質子交換復合膜在空氣中進行凝膠化處理20～40天。

相應的，本發明還提供一種上述制備方法制備的質子交換復合膜。

本發明提供一種質子交換復合膜的制備方法，包括以下步驟：將含氨烷基的有機硅烷與水混合，形成混合溶液；向所述混合溶液中加入酸，反應后得到修飾溶液；將質子交換膜浸入所述修飾溶液中，得到質子交換復合膜。與現有技術相比，本發明利用酸性條件下水解后的含氨烷基的有機硅烷對質子交換膜進行修飾，使含氨烷基的有機硅烷和酸在質子交換膜表面進行溶膠凝膠反應，將有機硅烷修飾在質子交換膜的表面。由于含氨烷基的有機硅烷具有良好的機械性能，從而本發明在抑制質子交換膜的溶脹性和甲醇透過性能的同時，保證了質子交換復合膜具有良好的機械性能。實驗結果表明，本發明制備的質子交換復合膜的具有良好的質子傳導性能，甲醇透過率較低，機械性能良好。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的質子交換復合膜斷面電鏡圖片；

圖2為本發明實施例2制備的質子交換復合膜斷面電鏡圖片。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。