[发明专利]一种复合质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种复合质子交换膜及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)制备铸膜液，铸膜液为酸性，所述铸膜液含有酸活化凹凸棒土和壳聚糖；2)将步骤1)得到的铸膜液铸膜；3)以具有与氨基可反应的基团的交联剂或具有与铵根可静电结合的基团的交联剂对步骤2)得到的膜进行交联，得到复合质子交换膜。该方法制备的质子交换膜含有酸化的凹凸棒土和壳聚糖。由于酸化的凹凸棒土的表面富含负电性并且结构内外富含羟基，壳聚糖是聚阳离子聚合物且分子中富含氨基和羟基，两者之间形成强烈的静电相互作用以及氢键，使得复合膜具有较强的热稳定性以及机械强度，除此之外复合膜的尺寸稳定性好。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种复合质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜作为燃料电池中的关键组成部分，起着隔绝阴阳极，传递质子的作用。作为一个合格的质子交换膜，必须具备优异的热稳定性和机械性能，质子传导率，阻醇性能，以及良好的尺寸稳定性等性质。

壳聚糖作为一种甲壳素脱乙酰基的产物，具有来源广泛，环境友好等特点，同时具有优异的亲水性，较好的醇水分离功能，甲醇渗透率低，能够较好的作为质子交换膜，但是壳聚糖在成膜时，形成大量的氢键，具有质子传导率低的不足，以及柔韧性，热稳定性和机械性能差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黏土类矿物凹凸棒土在壳聚糖为聚合基材的复合质子交换膜及其制备方法。该复合膜具有较好的机械稳定性和热稳定性，以及价格低廉，制备方法简单。

本发明所提供的技术方案如下：

一种复合质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备铸膜液，所述铸膜液为酸性，所述铸膜液含有酸活化凹凸棒土和壳聚糖；

2)将步骤1)得到的铸膜液铸膜；

3)以交联剂对步骤2)得到的膜进行交联，得到复合质子交换膜，其中，所述交联剂具有与氨基可反应的基团，或者，具有与铵根可静电结合的基团。

通过上述技术方案，可以制备得到一种新型的凹凸棒土填充壳聚糖复合质子交换膜。该质子交换膜含有酸化的凹凸棒土和壳聚糖。由于酸活化的凹凸棒土的表面富含负电性并且结构内外富含羟基，酸性溶液中的壳聚糖是聚阳离子聚合物且分子中富含氨基和羟基，两者之间形成强烈的静电相互作用以及氢键，使得复合膜具有较强的热稳定性以及机械强度，除此之外复合膜的尺寸稳定性好。

该制备方法原料易得，且成本低廉易于产业化。

优选的，得到的复合质子交换膜具有如下结构式：

具体的，所述铸膜液中，所述酸活化凹凸棒土和所述壳聚糖的质量百分比为1～30％。

基于上述配比，可以实现复合质子交换膜优较强的热稳定性以及机械强度。具体的，步骤3)中：所述交联剂为含有至少一个醛基的交联剂，或为多元酸。

基于上述技术方案，可以实现醛与氨基的还原氨化共价偶联，或者实现离子键偶联。

优选的，采用乙酸溶解壳聚糖，得到壳聚糖的酸性溶液。相应的，再在壳聚糖的酸性溶液中分散酸活化凹凸棒土，从而得到铸膜液。

优选的，交联剂为戊二醛或硫酸。

优选地，所述交联剂选自硫酸；

具体的，所述交联剂的浓度为0.5～2mol/L，例如为0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L或2mol/L。

具体的，步骤3)中：先将步骤2)得到的膜烘干得到干膜，再将所述干膜进行碱洗后水洗至中性，再进行交联。