[發明專利]PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202310576820.4
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116544472A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 蘇碧海;袁海朝;徐鋒;賈湃湃;王曉靜;高楊;楊榮茜
• 申請（專利權）人: 河北金力新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1053;H01M8/1067
• 代理公司: 天津賽凌知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12270
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜及其制備方法，PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜為層狀結構，中間層為全氟磺酸聚合物和PPTA混合層，全氟磺酸聚合物和PPTA混合層的制備方法包括：將致孔劑、PPTA樹脂和濃硫酸混合，攪拌至致孔劑、PPTA樹脂均勻分散在濃硫酸中，真空脫泡，得到PPTA多孔鑄膜液；將PPTA多孔鑄膜液刮涂在基板上，放入純水中，待凝固后從基板剝離，再置于超濾水中浸泡，得到PPTA多孔膜，將PPTA多孔膜浸入全氟磺酸鑄膜液中，浸泡后干燥，得到全氟磺酸聚合物和PPTA混合層，全氟磺酸聚合物和PPTA混合層可以提高膜的熱穩定性、機械強度和抗溶脹性，還具有降低甲醇滲透率的優點。增加復合膜的質子電導率。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體來說涉及一種PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜及其制備方法。

背景技術

隨著環境污染和能源危機問題的日益嚴重，綠色可再生能源已成為當今社會的迫切需求，質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種高效環保的能源裝置被寄予厚望，具有非常廣闊的應用前景。作為目前的研究熱點，質子交換膜燃料電池在發電過程中不涉及氫氣和氧氣的燃燒過程，因此不受卡諾循環的限制，具有較高的能量轉換率。其中，被稱為第六代燃料電池的直接甲醇燃料電池，更是吸引了工業界和學術界等多個方面的極大關注。質子交換膜是其核心部件之一，應具有高質子傳導率、機械性能和抗溶脹性。目前所使用的全氟磺酸型質子交換膜(Nafion)具有優異的電化學性能、可接受的機械強度和良好的氧化穩定性，但其對甲醇燃料的阻絕效果差，燃料滲透率高，水溶脹也較大，存在高溫條件下易降解、低濕度條件下質子電導率低，成本昂貴，無法充分發揮直接甲醇燃料電池的性能優勢。因此，越來越多的研究致力于含氟或非氟質子交換膜的研發。

CN106159301A公開了一種全氟磺酸質子交換膜的制備方法，該發明提供了一種電泳法制備全氟磺酸質子交換膜，該方法制備工藝簡單，易于操作，制備時間短，易于工業化生產。但該發明未能改善全氟磺酸質子交換膜的機械穩定性。CN104558649A公開了一種PVDF改性的全氟磺酸類質子交換膜及其制備方法。該發明通過氨水交聯將PVDF均勻地復合到全氟磺酸類質子交換膜中，由此制備得到的PVDF改性全氟磺酸類質子交換膜，有效的提高了復合質子交換膜的機械穩定性、尺寸穩定性，降低了甲醇滲透率，但是該發明并未很大程度的提升質子電導率，限制了該復合質子交換膜的實際應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜的制備方法，該制備方法將全氟磺酸和PPTA多孔膜進行復合，獲得全氟磺酸聚合物和PPTA混合層，從而提高膜的機械強度和抗溶脹性，還具有降低甲醇滲透率的優點，同時在全氟磺酸聚合物和PPTA混合層的上下兩側涂覆全氟磺酸鑄膜液，可以一定程度的增加復合膜的質子電導率。

本發明的另一目的是提供一種PPTA改性的全氟磺酸類質子交換膜。本發明是通過下述技術方案予以實現的。

一種全氟磺酸聚合物和PPTA混合層的制備方法，包括以下步驟：

S1，將致孔劑、PPTA樹脂(聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂)和濃硫酸混合，得到第一混合物，將第一混合物攪拌至致孔劑、PPTA樹脂均勻分散在濃硫酸中，得到第二混合物，將第二混合物真空脫泡，得到PPTA多孔鑄膜液；

在S1中，所述致孔劑為PEG。

在S1中，所述攪拌的轉速為300～1000r/min，所述攪拌的時間為1～5h。

在S1中，所述攪拌的溫度為50～100℃。

在S1中，按質量份數計，所述致孔劑和PPTA樹脂的比為(1～5):(1～6)。

在S1中，所述濃硫酸的濃度≥97％。

在S1中，所述致孔劑的質量份數和濃硫酸的體積份數的比為(1～5)：(10～25)，所述質量份數的單位為mg，所述體積份數的單位為mL。