[发明专利]一种复合型质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种复合型质子交换膜及其制备方法，其包括步骤：首先制备高支化磺化聚芳醚；然后对高支化磺化聚芳醚掺杂聚四氟乙烯，制得复合型高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯质子交换膜。本发明所述聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性和机械性能，将多孔的聚四氟乙烯膜作为增强体聚合物与高支化磺化聚芳醚制备复合膜，可以改善膜的力学性能，进一步提高膜的氧化稳定性。另外，由于添加表面活性剂，提高界面结合，从而制得机械性能高和氧化稳定性优异的复合型质子交换膜。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种复合型质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是利用氢气和氧气直接经过化学反应产生电能的一种装置，具有能量转化率高、低温启动时间短和无电解液腐蚀等优点，可应用于航天、军事、电动汽车和区域电站等领域中。其中质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池的核心部件之一，具有隔绝燃料与氧化剂和传导质子的双重作用，质子交换膜的性能直接影响到燃料电池的整体性能。目前国际上通用的质子交换膜是全氟磺酸型质子交换膜，这类膜具有高的质子电导率、良好的机械强度和优异的热化学稳定性，但是同时也存在合成成本高、在低湿或高温下易失水和甲醇渗透率高等缺点。因此，寻找低成本、高性能的燃料电池膜材料具有非常重要的意义。

为寻找替代全氟磺酸型质子交换膜的替代品，人们研究制备出多种类型的聚合物膜，其中磺化聚芳醚凭借其良好导电性、热稳定性等突出优点，被认为是最有前途的质子交换膜材料之一。近十年的研究中，人们研究了较多的是直链型的磺化聚芳醚膜，但这些膜在使用过程中易氧化降解，导致膜材料的使用寿命难以满足质子交换膜燃料电池的使用要求。为了提高磺化聚芳醚的综合性能，人们对其进行结构设计和性能改造。交联是一种提高膜材料的机械性能和氧化稳定性（寿命）的有效方法，但交联后，膜材料质子电导率下降，且难以溶解进行重新加工，限制其广泛产业化应用。支化结构的磺化聚芳醚，既有直链型磺化聚芳醚的溶解性，又有交联聚合物一样高的氧化稳定性，但是由于聚合物链缠绕的减少，机械性能降低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合型质子交换膜及其制备方法，旨在解决现有支化结构的质子交换膜氧化稳定性低和机械强度低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种复合型质子交换膜的制备方法，其中，包括步骤：

A、首先制备高支化磺化聚芳醚；

B、然后对高支化磺化聚芳醚掺杂聚四氟乙烯，制得复合型高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯质子交换膜。

所述的复合型质子交换膜的制备方法，其中，步骤A具体包括：以4,4′-二氟二苯甲砜、双酚芴、磺化4,4′-二氟二苯甲酮和B₃单体为原料，通过溶液缩聚的方法，合成高支化磺化聚芳醚。

所述的复合型质子交换膜的制备方法，其中，步骤B具体包括：

B1、将表面活性剂溶于高支化磺化聚芳醚的溶液中；

B2、将含有表面活性剂的高支化磺化聚芳醚溶液浇注在多孔聚四氟乙烯膜上，然后烘干，制得高支化磺化聚芳醚/聚四氟乙烯质子交换膜。

所述的复合型质子交换膜的制备方法，其中，所述表面活性剂为Triton^® X-100。

所述的复合型质子交换膜的制备方法，其中，高支化磺化聚芳醚的溶液中，所述表面活性剂加入的质量占比为3~7%。

一种复合型质子交换膜，其中，采用如上任一所述的复合型质子交换膜的制备方法制备而成。