[发明专利]智能插板结构

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池质子交换膜领域，具体涉及一种木质素燃料电池质子交换膜及制备方法。

背景技术

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的关键部件之一，是一种致密的质子选择透过的功能膜,起着分隔燃料和氧化剂 ,防止它们直接发生反应作用，同时也起着传导质子对电子绝缘的作用。现今投入商业化生产和应用的质子交换膜大多是含氟类的高分子质子交换膜，该类质子交换膜具有较好的质子电导性和力学性能，但也存在生产成本高，生产工艺复杂，不耐高温，使用寿命较短，污染环境严重等重要缺陷。随着今后燃料电池的大量发展和普及使用，质子交换膜的用量也将会大幅度增加，但其高昂的成本，不可再生原材料的缺乏和废弃后对环境的污染将成为限制燃料电池广泛应用的关键问题，因而，质子交换膜的成本、原材料选择和环保性也成为衡量质子交换膜综合性能的重要指标。   针对目前质子交换膜存在的问题，人们提出了非氟和非全氟质子交换膜，但其制备的材料依然是通过合成而得到的高分子聚合物，成本高昂，工艺复杂，材料来源少的问题同样没有得到解决，因此对燃料电池的发展和应用帮助有限。

中国专利公开号为CN102174258A公开了一种含全氟磺酸的聚醚砜类质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜材料是聚芳醚砜主链和1，1，2，2-四氟-2-(1，1，2，2-四氟-2-苯乙氧基)乙烷磺酸侧链的聚合物，具有低溶胀、高质子传导率的优点，但存在成本高、材料来源少、工艺复杂且对环境有污染的缺陷。

中国专利公开号为CN103236557A公开了一种质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜为聚对苯撑苯并二噁唑与多聚磷酸共混膜(PBO/PPA)，具有制备工艺简单，易于控制，在高温下质子传导率较高的优点，但其高昂的材料成本和对环境有污染的缺陷同样不适于燃料电池的大规模应用。

中国专利公开号为CN103715438A公开了一种纳米复合质子交换膜及其制备方法和应用，该纳米复合质子交换膜为磺化聚醚醚酮和聚多巴胺修饰的氧化石墨烯纳米复合质子交换膜，具有优良的质子导电性能，适合在高温无水条件下使用，但同样由于其高昂的材料成本，不适于燃料电池的大规模应用。

中国专利公开号为CN102477162A公开了一种质子交换膜的制备方法，该质子交换膜具有高电导率和良好的耐高温性能，但同样存在成本高、材料来源少、工艺复杂且对环境有污染的缺陷。

根据上述，现有的质子交换膜存在成本高、材料来源少和对环境有污染的缺陷，因此，开发一种具有低廉的成本，材料来源丰富，对环境无污染，同时具有高质子电导率、成膜简单的质子交换膜成为推动燃料电池大规模市场应用的关键。

发明内容                     

本发明针对目前子交换膜存在成本高、材料来源少和对环境有污染的缺陷，提供一种木质素燃料电池质子交换膜，与其它燃料电池质子交换膜相比，由于采用植物中大量存在的木质素作为主要材料，因而来源丰富，成本低廉，且易生物降解，不污染环境，并且经过特殊处理制成质子交换膜，质子电导性好、力学性能好。

本发明进一步的目的是提供一种木质素燃料电池质子交换膜的制备方法，该方法通过溶胀、还原、磺化、交联、制模等工艺制得质子交换膜，得到的质子交换膜具有优异的质子电导性和力学性能，满足质子交换膜在燃料电池上的应用，且能大规模工业化生产，质量稳定，适合燃料电池对的推广应用。

本发明一种木质素燃料电池质子交换膜，其特征在于含有通过溶胀、还原、磺化处理的改性木质素，其原料重量份组成如下：

木质素                 65-75份，

导电树脂               15-25份，

质子导电辅助剂         10-20份，

增塑剂                   3-6份，

其中所说的木质素为由紫丁香基丙烷结构单体聚合而成的紫丁香基木质素、愈创木基丙烷结构单体聚合而成的愈创木基木质素中的一种或两种；所说的导电树脂为聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、聚砜、聚酰亚胺中的一种或多种；所说的质子导电辅助剂为磷钨酸、硅钨酸、磷酸锆、磷钼酸、硫酸氢铯中的一种或多种；所说的增塑剂为丙三醇。

本发明一种木质素燃料电池质子交换膜的制备方法，其具体制备步骤如下：

1) 溶胀：将65-75重量份的木质素、20-30重量份的甲基溶纤剂、100-150重量份的蒸馏水加入到反应釜中，以120-150r/min的速度搅拌，升温到80-90℃，溶胀2-3h；