[發明專利]一種改性燃料電池質子交換膜及其制備方法在審

申請號：	201911345313.X	申請日：	2019-12-24
公開（公告）號：	CN111048815A	公開（公告）日：	2020-04-21
發明（設計）人：	李曉錦;劉增;劉文奇	申請（專利權）人：	中國科學院青島生物能源與過程研究所
主分類號：	H01M8/124	分類號：	H01M8/124
代理公司：	沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002	代理人：	李穎
地址：	266101 山***	國省代碼：	山東;37
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種改性燃料電池質子交換及其制備方法
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【說明書】：

本申請涉及化工領域，尤其涉及一種聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料電池質子交換膜及其制備方法。采用溶液共混的方式獲得經有機溶劑溶解聚醚砜和聚苯并咪唑混合物的改性混合物，經刮涂所形成的膜。本發明所得膜經浸漬磷酸后，高溫下仍具有較好的質子電導率，力學性能和優異的耐疲勞性能。本發明所制備的膜溫度160℃，無增濕的條件下，質子電導率為8.4mS/cm。常溫下拉伸強度為16.9MPa。此外，復合膜在較大的溫差以及密封壓力和氣體壓力作用下可保持較好性能，并可延長膜電極使用壽命。

技術領域

本申請涉及化工領域，尤其涉及一種聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料電池質子交換膜及其制備方法。

背景技術

燃料電池因其環保高效等特點已經成為人們重點研究的一種新能源，其中質子交換膜燃料電池因其無噪聲、零污染、無腐蝕、壽命長、工作電流大、比功率高、冷啟動快等優點正成為世界各國的研究熱點之一。因為高溫燃料電池具有抑制CO，SO₂等雜質氣體對催化劑Pt的毒化，優化電池內的傳質，優化系統熱管理，提高能量利用率和改善電極的反應動力學過程等優點，更是吸引了很多關注。

高穩定性的耐高溫樹脂的合成研究是發展高溫質子交換膜燃料電池的關鍵，使用耐高溫樹脂制備薄膜，摻雜之后獲得質子導電性。作為質子交換膜支撐的樹脂的穩定性制約著電池的壽命，因此，高穩定性的耐高溫樹脂的合成研究，是制備高溫質子交換膜的基礎。目前，聚苯并咪唑被廣泛應用于燃料電池的膜電極中。

但是，申請人發現，在燃料電池的苛刻工作環境下，這類樹脂形成的質子交換膜會由于穩定性變差而影響電池壽命，其原因在于：在組裝、使用過程中的組裝壓力、氣壓變化、溫度變化對質子交換膜的物理損傷下，尤其是對于磷酸燃料電池來講，浸漬在磷酸中的膜電極穩定性變差，進而影響電池的壽命。

發明內容

本發明目的在于提供一種聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料電池質子交換膜及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種改性燃料電池質子交換膜，采用溶液共混的方式獲得經有機溶劑溶解聚醚砜和聚苯并咪唑混合物的改性混合物，經刮涂所形成的膜。

所述聚醚砜與聚苯并咪唑按1:1-1：4的質量比例混合；所述聚醚砜與聚苯并咪唑混合物占有機溶劑質量的10-15wt％。

一種改性燃料電池質子交換膜的制備方法，將聚醚砜與聚苯并咪唑按上述比例混勻，混勻后將其自刮涂、干燥即得改性燃料電池質子交換膜。

所述混勻后真空消泡處理，處理后以刮涂的方式并干燥處理形成復合膜，刮涂成膜的溫度為20-60℃，干燥時間是10-36小時；

而后置于80-100℃去離子水中處理1-3小時，再置于100-160℃真空環境中烘干，即得改性燃料電池質子交換膜。

所述將烘干的所述復合膜置于磷酸中常溫浸漬過夜，形成所述磷酸摻雜的聚醚砜/聚苯并咪唑復合質子交換膜。

所述有機溶劑為N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。