[發(fā)明專利]一種復(fù)合型質(zhì)子交換膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910197162.1
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN110010942B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉龍;李健;韓旭;翁鵬程;朱敏婧;陳騁
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團有限公司
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1072;H01M8/1018;H01M8/1039
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種復(fù)合型質(zhì)子交換膜及其制備方法，包括步驟如下：S1：制備部分氟磺酰氟樹脂；S2：向所述部分氟磺酰氟樹脂的低碳醇溶液中加入聚四氟乙烯膜，制備復(fù)合型質(zhì)子交換膜。本發(fā)明能夠降低成本，便于批量生產(chǎn)，同時使復(fù)合型質(zhì)子交換膜厚度減小，機械性能提高，穩(wěn)定性提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合型質(zhì)子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)能源的枯竭，新能源的開發(fā)和利用越來越受到關(guān)注，氫燃料電池汽車是新能源汽車發(fā)展的重要方向，質(zhì)子交換膜的性能很大程度上影響電堆的性能，進而影響到整車的動力性經(jīng)濟性表現(xiàn)。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是利用氫氣和氧氣直接經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種裝置，具有能量轉(zhuǎn)化率高、低溫啟動時間短和無電解液腐蝕等優(yōu)點，可應(yīng)用于航天、軍事、電動汽車和區(qū)域電站等領(lǐng)域中。其中質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件之一，質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池中起到傳遞質(zhì)子作用的薄膜，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)在質(zhì)子交換膜兩側(cè)設(shè)置兩個電極，陽極通有氫氣，陰極通有氧化劑，氫氣中的H⁺通過質(zhì)子交換膜，電子則只能通過導(dǎo)線，進而形成電流。質(zhì)子交換膜(PEM)的材料一般為全氟烷基磺酸類高分子材料。這種材料的質(zhì)子傳導(dǎo)性良好，但是該材料成本也居高不下，對于商業(yè)的大規(guī)模使用不利。

但是為降低質(zhì)子交換膜(PEM)的成本，部分含氟磺酸質(zhì)子交換膜和非氟化的質(zhì)子交換膜均成為研究人員的研究方向。例如，加拿大巴拉德公司已經(jīng)研發(fā)的聚三氟苯乙烯膜，這種膜具有良好的熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和相對較高的吸水率，但是制備工藝過于復(fù)雜，影響了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用；再或者例如，該公司在研發(fā)已經(jīng)研發(fā)的非氟化質(zhì)子交換膜(BaM2G)。這種膜由聚苯基喹喔啉和聚聯(lián)苯酚經(jīng)磺化制備，用這種膜制備的膜電極(MEA)性能已經(jīng)優(yōu)于全氟磺酸(Nafion)117膜，但是電池壽命小于500小時，才迫使巴拉德發(fā)展部分氟化質(zhì)子交換膜。

以上研發(fā)的質(zhì)子交換膜均無法完全適合質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的各項需求，因此復(fù)合型質(zhì)子交換膜成為了研發(fā)人員的熱點研究放心，例如，Gore公司已經(jīng)研發(fā)的一種新型復(fù)合膜，該復(fù)合膜由聚四氟乙烯多孔膜和全氟磺酸樹脂制備而成，定義該復(fù)合膜的商業(yè)型號為Gore-se-lect，并且已經(jīng)應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)上，但是Gore公司并未公布該復(fù)合膜的制備方法。

中國專利中也有人提出制備復(fù)合型質(zhì)子交換膜的方法，在中國專利01136845中，研究人員提出了利用聚四氟乙烯(PTFE)和全氟磺酸(Nafion)樹脂低醇溶液制備復(fù)合膜，根據(jù)該復(fù)合膜的掃描電鏡(SEM)照片，全氟磺酸樹脂低醇溶液不但浸入到了聚四氟乙烯的空隙中，還在多孔膜表面形成了連續(xù)的薄膜，原本的聚四氟乙烯(PTFE)膜的厚度為15微米，形成復(fù)合膜的厚度為25微米，根據(jù)測試發(fā)現(xiàn)，該種方法制備的復(fù)合膜在尺寸穩(wěn)定性方面要明顯優(yōu)于全氟磺酸(Nafion)膜，同時該復(fù)合膜的伏安特性曲線顯示，該復(fù)合膜的性能已經(jīng)優(yōu)于全氟磺酸(Nafion)115膜，且性能穩(wěn)定，但是該復(fù)合膜的吸水能力下降。

為了解決以上質(zhì)子交換膜的缺點，并且完善和改進現(xiàn)有技術(shù)，制備出更加適用于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的質(zhì)子交換膜。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合型質(zhì)子交換膜及其制備方法，能夠降低成本，便于批量生產(chǎn)，同時使復(fù)合型質(zhì)子交換膜厚度減小，機械性能提高，穩(wěn)定性提高。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合型質(zhì)子交換膜的制備方法，包括步驟如下：S1：制備部分氟磺酰氟樹脂；S2：向所述部分氟磺酰氟樹脂的低碳醇溶液中加入聚四氟乙烯膜，制備復(fù)合型質(zhì)子交換膜。