[发明专利]高阻醇聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物电解质膜技术领域，尤其涉及一种高阻醇高电导性能聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要制约因素。直接甲醇燃料电池(DMFC)以甲醇直接作燃料，具有系统结构简单，燃料补充方便等优点，是一种干净清洁的能源，在用作便携式能源方面具有很大的潜力，因此得到广泛的关注。

燃料电池由电极与聚合物质子导电膜构成，对于直接甲醇燃料电池而言，甲醇在阳极被氧化，产生二氧化碳、质子和电子，质子通过质子交换膜到阴极，与阴极发的氧发生反应生成水，从而产生电流。

质子交换膜是直接甲醇燃料电池的核心组成，它与一般化学电源中使用的隔膜有很大的不同。首先，它不只是一种隔膜材料，它还是电解质和电极活化物质的基底；另外，质子交换膜还是一种选择透过性膜，而通常的隔膜则属于多孔隔膜。

用作质子交换膜的材料，应当具有以下条件：

1)优良的质子导电性以降低电池的内阻并提高电流密度；

2)甲醇渗透不仅降低燃料的利用率，渗透过来的甲醇在阴极放电，引发混合点位，降低阴极催化剂效率，因此膜的阻醇性能要好；

3)膜的膨胀和收缩要尽可能小，有一定的机械强度，并与催化剂有较好的结合能力；

4)良好的化学稳定性，如耐酸碱性，耐氧化性等，以保证电池的工作寿命。

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件，起着隔离燃料和氧化剂，防止他们直接发生反应，允许质子自由迁移，但对电子绝缘，是一种选择透过的高分子膜，优良的质子交换膜必须具有较好的的质子输送能力和对甲醇的阻隔性能。已商业化的质子交换膜主要是全氟磺酸型质子交换膜，主要包括以下几种类型：

(1)美国Dupont公司生产的Nafion系列膜，包括Nafion117，Nafion115，Nafion112，Nafion1135，Nafion105等；

(2)美国Dow化学公司研制的XUS—B204膜；

(3)旭化成的Aciplex系列膜；

(4)日本Asahi公司开发的Flemion膜；

(5)日本氯工程公司的C膜；

(6)加拿大巴拿得公司研制的BAM型膜，其目标价格为110～150加元／m²。

以上商用的几种质子交换膜的化学结构如下：

Nafion：x＝6～10，y＝1，z＝1，n＝2

Aciplex：x＝6～8，y＝0～1，z＝1，n＝2～5

Flemion：x＝6～10，y＝1，z＝1，n＝2

Dow：x＝3～10，y＝1，z＝0，n＝2。

目前应用最广泛的是美国Dupont研制的Nafion系列膜。虽然Nafion系列膜具有优异的质子传导率和耐化学稳定性等优点，但其价格昂贵，电极易发生CO中毒，甲醇渗透率高。

因此，本领域尚需开发不仅具有良好的质子导电性能且具有高阻醇效果的聚合物电解质膜，用作质子交换膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅具有良好的质子导电性能且具有高阻醇效果的聚合物电解质膜。

本发明的第一方面，提供一种聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜具有以下一个或多个特征：

(i)质子电导率为40-80mS/cm；

(ii)甲醇渗透系数为3.0×10^-7cm²/s-7.0×10^-7cm²/s。

在另一优选例中，所述聚合物电解质膜还具有以下一个或多个特征：

(iii)拉伸强度大于90MPa；

(iv)吸水率在5%-30%之间，溶胀率为0-5%；

(v)在200℃以下不会分解。

在另一优选例中，所述聚合物电解质膜拉伸强度为90-200MPa。

本发明的第二方面，提供一种聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜是由质子传导聚合物和阻醇聚合物复合而成的聚合物电解质膜。

在另一优选例中，所述聚合物电解质膜具有以下一个或多个特征：

(i)质子电导率为40-80mS/cm；

(ii)甲醇渗透系数为3.0×10^-7cm²/s-7.0×10^-7cm²/s；