[發明專利]一種復合型質子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610247688.2
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105762392B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 王雷;謝惠雄;劉東;王列;梁安生;李海
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M8/106
• 分類號: H01M8/106
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開一種復合型質子交換膜及其制備方法，其包括步驟：首先制備高支化磺化聚芳醚；然后對高支化磺化聚芳醚摻雜聚四氟乙烯，制得復合型高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯質子交換膜。本發明所述聚四氟乙烯具有優異的化學穩定性和機械性能，將多孔的聚四氟乙烯膜作為增強體聚合物與高支化磺化聚芳醚制備復合膜，可以改善膜的力學性能，進一步提高膜的氧化穩定性。另外，由于添加表面活性劑，提高界面結合，從而制得機械性能高和氧化穩定性優異的復合型質子交換膜。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及一種復合型質子交換膜及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是利用氫氣和氧氣直接經過化學反應產生電能的一種裝置，具有能量轉化率高、低溫啟動時間短和無電解液腐蝕等優點，可應用于航天、軍事、電動汽車和區域電站等領域中。其中質子交換膜（PEM）是質子交換膜燃料電池的核心部件之一，具有隔絕燃料與氧化劑和傳導質子的雙重作用，質子交換膜的性能直接影響到燃料電池的整體性能。目前國際上通用的質子交換膜是全氟磺酸型質子交換膜，這類膜具有高的質子電導率、良好的機械強度和優異的熱化學穩定性，但是同時也存在合成成本高、在低濕或高溫下易失水和甲醇滲透率高等缺點。因此，尋找低成本、高性能的燃料電池膜材料具有非常重要的意義。

為尋找替代全氟磺酸型質子交換膜的替代品，人們研究制備出多種類型的聚合物膜，其中磺化聚芳醚憑借其良好導電性、熱穩定性等突出優點，被認為是最有前途的質子交換膜材料之一。近十年的研究中，人們研究了較多的是直鏈型的磺化聚芳醚膜，但這些膜在使用過程中易氧化降解，導致膜材料的使用壽命難以滿足質子交換膜燃料電池的使用要求。為了提高磺化聚芳醚的綜合性能，人們對其進行結構設計和性能改造。交聯是一種提高膜材料的機械性能和氧化穩定性（壽命）的有效方法，但交聯后，膜材料質子電導率下降，且難以溶解進行重新加工，限制其廣泛產業化應用。支化結構的磺化聚芳醚，既有直鏈型磺化聚芳醚的溶解性，又有交聯聚合物一樣高的氧化穩定性，但是由于聚合物鏈纏繞的減少，機械性能降低。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種復合型質子交換膜及其制備方法，旨在解決現有支化結構的質子交換膜氧化穩定性低和機械強度低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種復合型質子交換膜的制備方法，其中，包括步驟：

A、首先制備高支化磺化聚芳醚；

B、然后對高支化磺化聚芳醚摻雜聚四氟乙烯，制得復合型高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯質子交換膜。

所述的復合型質子交換膜的制備方法，其中，步驟A具體包括：以4,4′-二氟二苯甲砜、雙酚芴、磺化4,4′-二氟二苯甲酮和B₃單體為原料，通過溶液縮聚的方法，合成高支化磺化聚芳醚。

所述的復合型質子交換膜的制備方法，其中，步驟B具體包括：

B1、將表面活性劑溶于高支化磺化聚芳醚的溶液中；

B2、將含有表面活性劑的高支化磺化聚芳醚溶液澆注在多孔聚四氟乙烯膜上，然后烘干，制得高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯質子交換膜。

所述的復合型質子交換膜的制備方法，其中，所述表面活性劑為Triton^? X-100。

所述的復合型質子交換膜的制備方法，其中，高支化磺化聚芳醚的溶液中，所述表面活性劑加入的質量占比為3~7%。

一種復合型質子交換膜，其中，采用如上任一所述的復合型質子交換膜的制備方法制備而成。