[发明专利]一种复合型质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体是一种复合型质子交换膜及其制备方法，包括步骤如下：S1：制备部分氟磺酰氟树脂；S2：向所述部分氟磺酰氟树脂的低碳醇溶液中加入聚四氟乙烯膜，制备复合型质子交换膜。本发明能够降低成本，便于批量生产，同时使复合型质子交换膜厚度减小，机械性能提高，稳定性提高。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及一种复合型质子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着传统能源的枯竭，新能源的开发和利用越来越受到关注，氢燃料电池汽车是新能源汽车发展的重要方向，质子交换膜的性能很大程度上影响电堆的性能，进而影响到整车的动力性经济性表现。

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，质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池中起到传递质子作用的薄膜，质子交换膜燃料电池(PEMFC)在质子交换膜两侧设置两个电极，阳极通有氢气，阴极通有氧化剂，氢气中的H⁺通过质子交换膜，电子则只能通过导线，进而形成电流。质子交换膜(PEM)的材料一般为全氟烷基磺酸类高分子材料。这种材料的质子传导性良好，但是该材料成本也居高不下，对于商业的大规模使用不利。

但是为降低质子交换膜(PEM)的成本，部分含氟磺酸质子交换膜和非氟化的质子交换膜均成为研究人员的研究方向。例如，加拿大巴拉德公司已经研发的聚三氟苯乙烯膜，这种膜具有良好的热稳定性，化学稳定性和相对较高的吸水率，但是制备工艺过于复杂，影响了大规模工业化应用；再或者例如，该公司在研发已经研发的非氟化质子交换膜(BaM2G)。这种膜由聚苯基喹喔啉和聚联苯酚经磺化制备，用这种膜制备的膜电极(MEA)性能已经优于全氟磺酸(Nafion)117膜，但是电池寿命小于500小时，才迫使巴拉德发展部分氟化质子交换膜。

以上研发的质子交换膜均无法完全适合质子交换膜燃料电池(PEMFC)的各项需求，因此复合型质子交换膜成为了研发人员的热点研究放心，例如，Gore公司已经研发的一种新型复合膜，该复合膜由聚四氟乙烯多孔膜和全氟磺酸树脂制备而成，定义该复合膜的商业型号为Gore-se-lect，并且已经应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)上，但是Gore公司并未公布该复合膜的制备方法。

中国专利中也有人提出制备复合型质子交换膜的方法，在中国专利01136845中，研究人员提出了利用聚四氟乙烯(PTFE)和全氟磺酸(Nafion)树脂低醇溶液制备复合膜，根据该复合膜的扫描电镜(SEM)照片，全氟磺酸树脂低醇溶液不但浸入到了聚四氟乙烯的空隙中，还在多孔膜表面形成了连续的薄膜，原本的聚四氟乙烯(PTFE)膜的厚度为15微米，形成复合膜的厚度为25微米，根据测试发现，该种方法制备的复合膜在尺寸稳定性方面要明显优于全氟磺酸(Nafion)膜，同时该复合膜的伏安特性曲线显示，该复合膜的性能已经优于全氟磺酸(Nafion)115膜，且性能稳定，但是该复合膜的吸水能力下降。

为了解决以上质子交换膜的缺点，并且完善和改进现有技术，制备出更加适用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的质子交换膜。

发明内容

针对现有技术的上述问题，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，能够降低成本，便于批量生产，同时使复合型质子交换膜厚度减小，机械性能提高，稳定性提高。

为了解决上述问题，本发明提供一种复合型质子交换膜的制备方法，包括步骤如下：S1：制备部分氟磺酰氟树脂；S2：向所述部分氟磺酰氟树脂的低碳醇溶液中加入聚四氟乙烯膜，制备复合型质子交换膜。