[发明专利]质子传导膜的制造方法

权利要求书

1.一种用于生产质子传导膜的方法，所述方法包括：

混合(i)5体积％～60体积％的具有良好的酸吸附能力的非导电无机粉末，所述粉末包括基本纳米尺寸的粒子；(ii)5体积％～50体积％的聚合物粘合剂，其与酸、氧化剂和燃料是化学相容的；和(iii)10体积％～90体积％的酸或酸的水溶液，其中所述混合在不同的速率步骤下进行，由此生产一种混合物；

将所述混合物在环境温度下连续浇铸在卷绕的纸或非织造基质上；

将所述经浇铸的混合物在大于100℃的温度下干燥，由此形成干膜；和

将多个所述干膜在压力下层合在一起，并随后从所述干膜的孔隙中提取成孔剂，由此形成平均孔径小于30纳米的所述质子传导膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将至少4个所述干膜层合到一起。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合步骤的所述不同的速率步骤包括：

室温下在约100～500rpm的混合速率下混合1～5小时；

约30～50℃下在约400～700rpm的混合速率下混合10～20小时；

室温下在约100～400rpm的混合速率下混合10～20小时；和

在约30～50℃的温度范围下脱气5～30小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述干膜的厚度为约40～60微米。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述干膜的厚度为约50～55微米。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述干膜的所述层合步骤在约5～20kg/cm²的压力和约140～145℃的温度下进行约3～10分钟。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述质子传导膜的平均孔径小于3nm。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述质子传导膜的平均孔径小于1.5nm。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥步骤进行约5～60分钟。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述质子传导膜基本没有裂纹。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括在混合前添加至少一种流变控制剂。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述提取步骤包括：

(a)将含有成孔剂的所述质子传导膜在乙醚/乙醇混合物中浸渍足以从所述质子传导膜的孔隙中移除所述成孔剂的时间段；

(b)将来自步骤(a)的所述质子传导膜在乙醇中浸渍以移除任何残留的成孔剂和其他溶剂；以及

(c)将所述质子传导膜在水中浸渍以从所述孔隙中移除乙醇。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述乙醚/乙醇混合物具有约1∶9～3∶7的比例。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述浸渍步骤(a)进行约1～5小时。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述浸渍步骤(b)进行约1～5小时。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述无机粉末为选自SiO₂、ZrO₂、B₂O₃、TiO₂、Al₂O₃以及Ti、Al、B和Zr的氢氧化物和氧氢氧化物中的至少一种粉末。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物粘合剂是选自以下的至少一种粘合剂：聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚磺酰胺、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯、丙烯腈、聚氟乙烯和三氟氯乙烯均聚物。