[發(fā)明專(zhuān)利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池用質(zhì)子交換膜的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611177514.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108232254A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中氫新能技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/10
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/10;H01M8/1069;H01M8/1018
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開(kāi)了一種質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC用質(zhì)子交換膜的制備方法，使用金屬有機(jī)骨架材料MIL?101?SO₃H作為質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電成分，制備高導(dǎo)電性的質(zhì)子交換膜材料；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：制作簡(jiǎn)單，成本低；對(duì)于溫度和含水量要求大大降低，對(duì)于溫度、含水量的依賴(lài)程度大大降低，具有很強(qiáng)的適用性，通過(guò)提高工作溫度來(lái)提高電極反應(yīng)速度，并克服催化劑中毒失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜，具體地說(shuō)是一種質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）用質(zhì)子交換膜的制備方法，屬于質(zhì)子交換膜領(lǐng)域。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將氫能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，由于不經(jīng)過(guò)卡諾循環(huán)，具有效率高、污染物排放少的特點(diǎn)，對(duì)于緩解環(huán)境污染、提高人民生活質(zhì)量有著重要的作用。質(zhì)子交換膜作為PEMFC的核心組件，對(duì)于提高PEMFC的性能有著至關(guān)重要的作用。目前，商用的質(zhì)子交換膜主要是杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜，由于其有的大量的磺酸基團(tuán)（–SO₃H），使得材料本身具有很高的質(zhì)子導(dǎo)電性。但是，Nafion穩(wěn)定性差、成本高的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用推廣。金屬有機(jī)骨架材料是近年來(lái)興起的一種多孔晶體材料，其具有的可調(diào)節(jié)性和可設(shè)計(jì)性使得該類(lèi)材料在PEMFC用質(zhì)子交換膜領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。MIL-101-SO₃H是一種具有超高穩(wěn)定性的三維網(wǎng)狀金屬有機(jī)骨架材料，化學(xué)式為{Cr₃(H₂O)₃O[(O₂C)–C₆H₃(SO₃H)–(CO₂)]₂[(O₂C)–C₆H₃(SO₃)–(CO₂)]}·nH₂O。其材料內(nèi)部含有大量的介孔結(jié)構(gòu)，孔徑為3nm，并含有大量的–SO₃H，因此可與水分子形成大量的氫鍵，增加材料持水和保水能力。但是，目前國(guó)內(nèi)外均未報(bào)道MIL-101-SO₃H的質(zhì)子導(dǎo)電性。聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫色變性和耐氧化性、耐磨性、柔韌性等特點(diǎn)，被視為一種良好的膜材料并在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。但是PVDF親水性差，不利于質(zhì)子的傳遞。。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種質(zhì)子交換膜燃料電池用質(zhì)子交換膜的制備方法，將MIL-101-SO₃H引入到PVDF膜中制備質(zhì)子導(dǎo)電膜，既利用了PVDF良好的成膜性能，又增加了膜的親水保水能力，從而提高了膜的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，對(duì)于提高PEMFC性能同時(shí)降低PEMFC的成本具有重要的意義。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC用質(zhì)子交換膜的制備方法，使用金屬有機(jī)骨架材料MIL-101-SO₃H作為質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電成分，制備高導(dǎo)電性的質(zhì)子交換膜材料，具體步驟如下：

（1）將PVDF溶于1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)中，制成膠液；

（2）將MIL-101-SO₃H加入步驟（1）所制備的膠液中，隨后攪拌均勻，得到MIL-101-SO₃H/PVDF/NMP的混合膠液；

其中，聚合物（指的是PVDF）與有機(jī)溶劑（指的是NMP）所組成的混合物與MIL-101-SO₃H的質(zhì)量比為1︰0.001～1:1。

（3）將步驟（2）得到的混合膠液置于平板上，用刮膜器進(jìn)行平板刮膜，然后將所得膜與平板置于去離子水中，使膜與平板分離，得到質(zhì)子交換膜。

步驟（1）中所述PVDF/1-甲基-2吡咯烷酮溶液中PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-23%。