[發明專利]低甲醇滲透率質子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201710539885.6
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107400331A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 劉威;王玉環
• 申請（專利權）人: 佛山杰致信息科技有限公司
• 主分類號: C08L61/16
• 分類號: C08L61/16;C08L39/08;C08K13/04;C08K7/06;C08K7/12;C08K3/34;C08J5/22
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 錢紅雪

技術領域

本發明涉及質子交換膜領域，尤其涉及一種低甲醇滲透率質子交換膜及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單、操作方便等優點，被公認為電動汽車、固定發電站等的首選能源。在燃料電池內部，質子交換膜為質子的遷移和輸送提供通道，使得質子經過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉移構成回路，向外界提供電流，因此質子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。但是目前質子交換膜的甲醇滲透率比較高，大大影響了直接甲醇燃料電池的開發和應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種低甲醇滲透率質子交換膜及其制備方法，該質子交換膜的質子導電率高，且甲醇滲透率低。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種低甲醇滲透率質子交換膜，包括以下重量份數的原料：

優選地，所述磺化聚醚醚酮的磺化度為40％～60％。

優選地，所述蛭石的粒徑為50～100nm；所述石棉絨的粒徑為40～60nm。

本發明還提供了上述一種低甲醇滲透率質子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

a)將磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡啶樹脂加入到機溶劑中，并在40～50℃下攪拌40～60min，并在攪拌的條件下加入雜多酸、碳纖維、蛭石和石棉絨攪拌均勻后，倒入培養皿中，然后置于60～80℃的烘箱中進行干燥，并控制溶劑殘留量為30～40wt％，將膜從培養皿表面揭起；

b)將步驟a)得到的膜在80～100℃下先進行橫向拉伸再進行縱向拉伸，拉伸完成后維持外力使膜保持在拉伸狀態，得拉伸膜；

c)將步驟b)得到的拉伸膜置于60～80℃的烘箱中干燥10～15h，然后置于30～40℃的烘箱中干燥2～3h后，去除外力，即得低甲醇滲透率質子交換膜。

優選地，所述有機溶劑為二甲基乙酰胺、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜或二氯甲烷。

優選地，所述橫向拉伸與所述縱向拉伸的比為(1.2～1.5)：(0.6～0.8)。

本發明提供的一種低甲醇滲透率質子交換膜及其制備方法，該質子交換膜中包括10～15重量份數的磺化聚醚醚酮、5～10重量份數的聚乙烯吡啶樹脂、2～3重量份數的雜多酸、0.5～1重量份數的碳纖維、2～3重量份數的蛭石、3～4石棉絨。本發明中聚乙烯吡啶樹脂能夠降低質子交換膜的甲醇滲透率，雜多酸的加入能夠提高質子交換膜的質子導電率，蛭石和石棉絨能夠阻擋甲醇滲透，采用上述原料制得的質子交換膜在保持高的質子導電率的同時，甲醇滲透率最低。

具體實施方式

為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明的優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點而不是對本發明專利要求的限制。

本發明提供了一種低甲醇滲透率質子交換膜，包括以下重量份數的原料：

上述技術方案中，聚乙烯吡啶樹脂能夠降低質子交換膜的甲醇滲透率，雜多酸的加入能夠提高質子交換膜的質子導電率，蛭石和石棉絨能夠阻擋甲醇滲透，采用上述原料制得的質子交換膜在保持高的質子導電率的同時，甲醇滲透率最低。

在本發明的實施例中，磺化聚醚醚酮的黃花都為40％～60％。上述磺化度的磺化聚醚醚酮能夠使得質子交換膜具有高的質子導電率。

在本發明中，磺化聚醚醚酮的重量份數為10～15份；在本發明的實施例中，磺化聚醚醚酮的重量份數為11～14份；在其他實施例中，磺化聚醚醚酮的重量份數為12～13份。

聚乙烯吡啶樹脂能夠降低質子交換膜的甲醇滲透率。在本發明中，聚乙烯吡啶樹脂的重量份數為5～10份；在本發明的實施例中，聚乙烯吡啶樹脂的重量份數為6～9份；在其他實施例中，聚乙烯吡啶樹脂的重量份數為7～8份。

雜多酸的加入能夠提高質子交換膜的質子導電率。在本發明中，雜多酸的重量份數為2～3份；在本發明的實施例中，雜多酸的重量份數為2.2～2.8份；在其他實施例中，雜多酸的重量份數為2.4～2.6份。

碳纖維能夠提高質子交換膜的尺寸穩定性。在本發明中，碳纖維的重量份數為0.5～1份；在本發明的實施例中，碳纖維的重量份數為0.6～0.9份；在其他實施例中，碳纖維的重量份數為0.7～0.8份。

蛭石和石棉絨能夠阻擋甲醇滲透。在本發明的實施例中，蛭石的粒徑為50～100nm；石棉絨的粒徑為40～60nm。