[發(fā)明專利]質(zhì)子交換膜、制備方法和固體高分子燃料電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610522355.6
• 申請(qǐng)日: 2016-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN107591550A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵芳可;胡元帥;陳橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東麗先端材料研究開發(fā)（中國(guó)）有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10;H01M8/1018;H01M8/1041;H01M8/1053;H01M8/1069
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1.一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：三層結(jié)構(gòu)中，中間層為含磺酸基聚合物A和硅基介孔分子篩B的共混層，兩側(cè)層為含磺酸基聚合物A的均質(zhì)層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述硅基介孔分子篩B平均粒徑為20～1000nm，平均孔徑為2～50nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述的硅基介孔分子篩B為SBA-15。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述的中間層中，硅基介孔分子篩B質(zhì)量為含磺酸基聚合物A質(zhì)量的0.1～30％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述硅基介孔分子篩B中的20～100％與含磺酸基聚合物A通過磺酰氨鍵鍵合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述的含磺酸基聚合物A為含有一個(gè)以上的含磺酸基的親水性鏈段A1和一個(gè)以上的不含磺酸基的疏水性鏈段A2的嵌段共聚物。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述的含磺酸基的親水性鏈段A1含有下述通式Q1所示的重復(fù)單元，

通式Q1中，Z¹表示酮基、砜基、直接鍵、-PO(R1)-、-(CF₂)_f-、或-C(CF₃)₂-中的一種，其中，R1為有機(jī)基基團(tuán)，f為1～5的整數(shù)；Z²表示O或S；M表示氫、金屬陽離子、銨陽離子、或具有1～20個(gè)碳原子的烴基的一種；m1表示1～4的整數(shù)；Ar¹表示含芳香環(huán)的二價(jià)有機(jī)基團(tuán)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述通式Q1所示的重復(fù)單元為下述通式Q2所示的重復(fù)單元，

通式Q2中，M表示氫、金屬陽離子或銨陽離子；Ar²選自下述通式X-1～X-4中的至少一種重復(fù)單元，

在通式X-1中，Z³為酮基、砜基、或直接鍵中的一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述不含磺酸基的疏水性鏈段A2含有下述通式Q3和/或Q4所示的重復(fù)單元；

其中，通式Q3中，苯環(huán)可任意被取代，但是不含磺酸基；Z⁴為吸電子性基團(tuán)；Z⁵為吸電子性基團(tuán)、O或S，

通式Q4中，Z⁶與Z⁷為含芳環(huán)的二價(jià)有機(jī)基，但是不含磺酸基，a與b各自獨(dú)立地為1或2。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜，其特征在于：所述的Z⁴為-CO-或-SO2-，Z⁵為-O-或-S-，Z⁶為亞苯基，Z⁷為下式X-3、X-5、X-6與X-7中的至少一種，

11.一種權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)所述的具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于：包含以下步驟：

(1)將含磺酸基聚合物A或含磺酸基聚合物A前體溶解在有機(jī)溶劑中得到溶液1，用溶液1在基材上制成液膜，在40～100℃干燥10分鐘～4小時(shí)，形成第一層膜；

(2)用含有含磺酸基聚合物A或含磺酸基聚合物A前體、和硅基介孔分子篩B的溶液2，在第一層膜上制成第二層液膜，在40～100℃干燥10分鐘～4小時(shí)，形成第二層膜；

(3)用溶液1在第二層膜上形成第三層液膜，在40～100℃干燥10分鐘～4小時(shí)，得到三層結(jié)構(gòu)膜；

(4)使用酸處理步驟(3)中得到的膜，最終得到質(zhì)子交換膜。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種具有三層結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于：所述的硅基介孔分子篩B平均粒徑為20～1000nm，平均孔徑為2～50nm。