[發明專利]一種應用于燃料電池的質子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110478621.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113193218A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 馬海慶;姚文東;賀迪華
• 申請（專利權）人: 深圳氫時代新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1048
• 分類號: H01M8/1048;H01M8/1051;H01M8/1032;H01M8/1027;H01M8/1069;H01M8/1086
• 代理公司: 深圳市中科創為專利代理有限公司 44384
• 代理人: 彭西洋;譚雪婷

1.一種應用于燃料電池的質子交換膜，其特征在于，包括原材料如下：官能化鈦酸鈷納米粒子0.005g-0.03g、磺化聚醚砜0.97g-0.995g。

2.根據權利要求1所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：官能化鈦酸鈷納米粒子的合成：首先，將0.4mol硬脂酸放在燒杯中熔化，然后將0.1mol乙酸鈷添加到熔化的硬脂酸中并溶解形成深藍色透明溶液；然后，將化學計量比的鈦酸四丁酯加入溶液中，攪拌以形成均勻的淺紅色棕色溶膠，自然冷卻至室溫并在烘箱中進行第一次干燥后獲得干燥凝膠，并采用四步法煅燒，制得CT納米粒子；

步驟二：將CT納米粒子放在10％(w/w)鹽酸溶液中活化，使羥基重建，然后將1g活化的IT納米顆粒在真空烘箱中進行第二次干燥，然后將其放入100ml甲苯中并超聲分散；再將0.3mL三乙胺和4mL APTES逐滴添加到混合物中；最后將溶液在一定溫度的氮氣氣氛下回流，用甲苯和乙醇洗滌幾次以除去多余的反應物，然后在的烘箱中進行第三次干燥；

步驟三：磺化聚醚砜樣品的制備：將20g聚醚砜加入到100ml濃硫酸中，并在室溫下進行第一次攪拌形成均勻PES溶液；將氯磺酸轉移到滴管中，然后緩慢地滴加到PES溶液中，同時進行第二次攪拌溶液得到一反應混合物；將所得反應混合物再進行第三次攪拌數h，經一定時間反應后，混合物在第三次攪拌下逐漸沉淀到冷卻的去離子水中，并通過過濾回收產生的沉淀物，用去離子水沖洗，直到pH值為6–7；

步驟四：通過溶液澆鑄法制備SPES膜和SPES/ACT納米復合膜，并分別命名為Ms和MsACTx，其中x代表ACT納米粒子在納米復合膜中的重量百分比；所述SPES膜和SPES/ACT納米復合膜的具體制備：在室溫下攪拌，將0.5g的SPES溶解于2.5mL的DMAc中制成SPES懸浮液；分別將不同量的ACT納米粒子超聲分散于2.5ml的DMAc中，隨后加入到SPES懸浮液中，在室溫下攪拌，得到均勻的低粘度液體；將所得低粘度液體用刮墨刀以恒定速度直接澆鑄在玻璃板上，在室溫下干燥24h，然后在70℃下干燥過夜；干燥后的納米復合膜厚度在60～80μm之間。

3.根據權利要求2所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟一中的硬脂酸在73℃的燒杯中熔化；第一次干燥的時間為12h。

4.根據權利要求3所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟一中的四步法煅燒包括第一階段：以3℃/min的速率將干凝膠加熱至400℃、第二階段：在400℃下持續加熱40min、第三階段：將每個樣品的溫度分別提高到500℃、550℃、600℃和650℃、第四階段：在空氣中恒溫2h。

5.根據權利要求2所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟二中的CT納米粒子活化的時間為3h，超聲分散的時間為30min；所述第二次干燥在100℃的溫度下干燥24h；所述第三次干燥在80℃的溫度下干燥24h。

6.根據權利要求2所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟三中的第一次攪拌的時間為24h；所述第二次攪拌在10℃下以800rpm的條件下進行攪拌。

7.根據權利要求2所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟四中的不同量的ACT納米粒子選自：0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％中的任意一種。

8.根據權利要求6所述的應用于燃料電池的質子交換膜的制備方法，其特征在于，所述步驟四中制備的復合膜在使用前，應在2mol的硫酸溶液中浸泡24h進行預處理。