[發(fā)明專利]一種新能源燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法

在審

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• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106654327A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 向紅先
• 申請（專利權）人: 成都育芽科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1018
• 分類號: H01M8/1018;H01M8/1072;H01M8/1086
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于新能源新材料技術領域，涉及一種陰離子交換膜及其制備方法，具體涉及一種新能源燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的發(fā)展及人們對提高生活質量意識的增強，能源問題和環(huán)境問題仍然是當前社會面臨的兩大嚴重問題。作為新一代清潔新能源裝置，聚合物陰離子交換膜燃料電池具有比功率與比能量高、環(huán)境友好、無電解液流失、負荷響應快等優(yōu)點，滿足“可持續(xù)發(fā)展”、“低碳經濟”發(fā)展模式的要求，因此其具有廣闊的市場需求和應用價值。

作為陰離子交換膜燃料電池的關鍵部位之一的陰離子交換膜，在燃料電池中起到傳遞陰離子和阻隔原料的雙重作用，其是實現(xiàn)快速高效無污染地將化學能轉化為電能的基礎元件，其性能的好壞直接影響燃料電池的工業(yè)化應用。

陰離子交換膜燃料電池與其它種類燃料電池一樣，由陰極、陽極和電解質隔膜與外部電路等四部分構成，高分子材質的陰離子交換膜與無機金屬陰陽極的粘結也是影響燃料電池使用壽命的一大因素，因此有必要尋求更為有效的方法，阻止陰離子交換膜與無機金屬陰陽極之間發(fā)生相分離而降低燃料電池的使用壽命。

用于負荷響應快新能源燃料電池的陰離子交換膜除了具備較高的離子電導率外，還應當具備良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，優(yōu)異的機械性能和耐堿性。然而，傳統(tǒng)的季銨鹽型聚合物陰離子交換膜熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性較差。這些缺陷阻礙了傳統(tǒng)季銨鹽型聚合物陰離子交換膜堿性燃料電池的商業(yè)化應用。

因此，開發(fā)一種熱穩(wěn)定性、機械性能良好、具有較高的離子電導率和良好的耐堿性的負荷響應快新能源燃料電池用陰離子交換膜勢在必行。

發(fā)明內容

為克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供了一種新能源燃料電池用陰離子交換膜及其制備方法。該膜具有較好的熱穩(wěn)定性、機械性能、較高的離子電導率和耐堿性。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種負荷響應快新能源燃料電池用陰離子交換膜制備方法，包括如下步驟：

1）基膜的制備：將聚合型單體A、聚合型單體B、雙烯烴交聯(lián)劑和乳化劑混合，滴在玻璃制成的模具內，放入在惰性氛圍下的輻射場內，采用輻射源輻射，輻照時間20-30分鐘，發(fā)生聚合反應；

2）基膜負載電催化劑：將步驟1）中制備得到的基膜浸泡在溶質的質量分數(shù)為0.5%-1%的氯鉑酸的乙醇溶液中70-90小時，取出用去離子水洗3-5遍后浸泡在50-70℃下質量分數(shù)為2%-5%還原劑的水溶液中60-70小時，取出用去離子水洗5-7遍后在真空中60-80℃下烘18-30小時；

3）負載有電催化劑的基膜季銨化：將步驟2）中制備得到的負載有電催化劑的基膜在溶質的質量分數(shù)為3%-6%的三苯胺的苯溶液中50-60℃下60-78小時，取出用去離子水洗5-7遍后在真空中60-80℃下烘18-30小時；

4）離子交換：將步驟3）中制備得到的陰離子交換膜浸泡在0.5-1mol/L KOH溶液中50-60℃下60-78小時進行離子交換。取出后將膜泡在去離子水中直到剩余的去離子水達到中性。

所述聚合型單體A選自對氯苯乙烯、對氯甲基苯乙烯、β-溴苯乙烯中的一種或幾種；

所述聚合型單體B選自2-乙烯基苯胺、3-乙烯基苯胺、4-乙烯基苯胺、4-乙烯基芐胺中的一種或幾種；

所述雙烯烴交聯(lián)劑選自二乙烯基苯、八苯基POSS中的一種或幾種；

所述乳化劑選自十二烷基苯磺酸鈉、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或幾種；

所述惰性氛圍為氮氣氛圍、氬氣氛圍、氦氣氛圍、氖氣氛圍中的一種或幾種；

所述輻射源為鈷60-γ、α射線、β射線、γ射線、x射線中的一種或幾種；

步驟1）中所述聚合型單體A、聚合型單體B、雙烯烴交聯(lián)劑和乳化劑的質量之比為3:2:0.05:0.1；

步驟2）中所述的還原劑由硼氫化鈉和鋁氫化鋰混合而成，質量比為2:3；

所述陰離子交換膜厚度為20-30微米

一種負荷響應快新能源燃料電池，其使用根據(jù)所述的陰離子交換膜的方法所制備的陰離子交換膜作為交換膜。

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

（1）本發(fā)明設計的負荷響應快新能源燃料電池用陰離子交換膜制備方法簡單，對設備要求不高；

（2）本發(fā)明設計的負荷響應快新能源燃料電池用陰離子交換膜，交聯(lián)型結構使得陰離子交換膜熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械性能等較傳統(tǒng)季銨鹽類陰離子交換膜都有所改善；

（3）本發(fā)明設計的負荷響應快新能源燃料電池用陰離子交換膜，具有較高的電導率；