[發明專利]一種復合離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310234616.0
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103326043A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王紀忠;朱新堅;王靖;鄭法;王凱
• 申請（專利權）人: 江蘇中靖新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/94
• 分類號: H01M4/94;H01M4/88;C08J5/22
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明涉及一種復合離子交換膜及其制備方法，屬于燃料電池制造技術領域。

背景技術

直接甲醇燃料電池具有高效、高能量密度、環境友好、燃料儲運及補充方便的特點，在手機、筆記本電腦、影像機等小型民用電源和軍用電源燈方面具有極大的競爭優勢，是目前各國政府優先發展的高新技術之一。

目前，Nafion（四氟乙烯和全氟-3，6-二環氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物）膜被廣泛地用作質子交換燃料電池的電解質。它是一種全氟型磺化聚合物膜，這類材料具有較高的質子電導率，良好的力學強度，優異的化學和電化學穩定性等優點。但是甲醇透過Nafion膜后，不但氧陰極處產生混合電位，引起陰極催化劑中毒，導致陰極極化增加，電池性能降低，而且透過的甲醇未經反應從電池中排出，既浪費燃料又污染環境。甲醇透過Nafion膜是直接甲醇燃料電池應用的主要技術問題之一。為解決該問題，有研究者將一層致密的不透甲醇的質子導體夾在兩層Nafion膜之間形成復合電解質膜來消除甲醇透過。但是由于不同層之間的結合和膜厚度的增加，會使電解質膜的導質子性能降低。另有研究者采用刻蝕濺射法在Nafion膜表面修飾一層金屬鈀來降低甲醇透過，但該方法存在鈀和Nafion膜表面結合不牢固和鈀的用量相對較大等缺點。

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發明內容

本發明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種復合離子交換膜，其不僅具有很好的阻醇效果，而且具有寬范圍的優良導電度，很適合用于以甲醇或乙醇為燃料的燃料電池中。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種復合離子交換膜，其特征在于，包含聚偏氟乙烯、聚磺化苯乙烯酸和Nafion，其中各組分的重量比為聚偏氟乙烯5-12份、聚磺化苯乙烯酸3-6份、Nafion中干物質8-20份。

所述的離子交換膜，其特征在于，具有以下重量份的組分：聚偏氟乙烯8-10份、聚磺化苯乙烯酸4-5份、Nafion中干物質16-18份。

一種所述的離子交換膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）取聚偏氟乙酸，溶解于二甲基乙酰胺中，靜置8-12h后脫泡，用相轉化法在水平玻璃板上成膜，成膜后用去離子水浸泡18-24h，于去離子水中靜置待用；

（2）將聚磺化苯乙烯酸溶于丁醇和甲苯的混合液中，加入Nafion溶液，攪拌2h后加入步驟（1）中去離子水中浸泡的膜，攪拌10-12h；

（3）將步驟（2）得到的攪拌后的混合液減壓蒸餾濃縮，將濃縮液在常溫條件下自然干燥成膜；

（4）將步驟（3）得到的混合膜于去離子水中浸泡清洗2-4h，然后取出于100℃條件下烘干2h韌化，即得。

所述的復合離子交換膜應用于甲醇或乙醇為燃料的液體燃料電池中。

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有益效果：

（1）本發明克服了Nafion膜阻醇性差的缺點，提高了膜的使用效率。

（2）本發明與目前的全氟磺酸膜相比，參雜了其他成膜材料，降低了Nafion的使用量，從而減少了離子交換膜的成本。

（3）本發明工藝簡單易行，所得到的復合膜具有更好的電子傳導率以及更好的耐受性，提高了膜的使用壽命。

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附圖說明

圖1是本發明的復合膜的甲醇滲透系數隨溫度的變化情況

圖2是本發明的復合膜的導電率隨溫度的變化情況

具體實施方式：

實施例1

一種復合離子交換膜，具有以下重量份的組分：

聚偏氟乙烯5份、聚磺化苯乙烯酸3份、Nafion中干物質8份。

（1）按照上述重量份，稱取聚偏氟乙烯5份，將其溶解于30份二甲基乙酰胺中，靜置8h后脫泡，用相轉化法在水平玻璃板上成膜，成膜后用去離子水浸泡18h，于去離子水中靜置待用。

（2）取聚磺化苯乙烯酸3份，溶于由3份丁醇和9份甲苯（v:v）組成的混合液中，加入折算后的Nafion溶液，攪拌2h后加入步驟（1）中去離子水中浸泡的膜，慢速攪拌10h。

（3）將步驟（2）得到的攪拌后的混合液減壓蒸餾濃縮，條件為60℃，控制壓強在0.08-0.1MPa，將濃縮液在常溫條件下自然干燥成膜。

（4）將步驟（3）得到的混合膜30份于去離子水中浸泡清洗2h，然后取出于100℃條件下烘干2h韌化，即得。

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實施例2

一種復合離子交換膜，具有以下重量份的組分：