[发明专利]一种改性燃料电池质子交换膜及其制备方法

说明书

本申请涉及化工领域，尤其涉及一种聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料电池质子交换膜及其制备方法。采用溶液共混的方式获得经有机溶剂溶解聚醚砜和聚苯并咪唑混合物的改性混合物，经刮涂所形成的膜。本发明所得膜经浸渍磷酸后，高温下仍具有较好的质子电导率，力学性能和优异的耐疲劳性能。本发明所制备的膜温度160℃，无增湿的条件下，质子电导率为8.4mS/cm。常温下拉伸强度为16.9MPa。此外，复合膜在较大的温差以及密封压力和气体压力作用下可保持较好性能，并可延长膜电极使用寿命。

技术领域

本申请涉及化工领域，尤其涉及一种聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料电池质子交换膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池因其环保高效等特点已经成为人们重点研究的一种新能源，其中质子交换膜燃料电池因其无噪声、零污染、无腐蚀、寿命长、工作电流大、比功率高、冷启动快等优点正成为世界各国的研究热点之一。因为高温燃料电池具有抑制CO，SO₂等杂质气体对催化剂Pt的毒化，优化电池内的传质，优化系统热管理，提高能量利用率和改善电极的反应动力学过程等优点，更是吸引了很多关注。

高稳定性的耐高温树脂的合成研究是发展高温质子交换膜燃料电池的关键，使用耐高温树脂制备薄膜，掺杂之后获得质子导电性。作为质子交换膜支撑的树脂的稳定性制约着电池的寿命，因此，高稳定性的耐高温树脂的合成研究，是制备高温质子交换膜的基础。目前，聚苯并咪唑被广泛应用于燃料电池的膜电极中。

但是，申请人发现，在燃料电池的苛刻工作环境下，这类树脂形成的质子交换膜会由于稳定性变差而影响电池寿命，其原因在于：在组装、使用过程中的组装压力、气压变化、温度变化对质子交换膜的物理损伤下，尤其是对于磷酸燃料电池来讲，浸渍在磷酸中的膜电极稳定性变差，进而影响电池的寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料电池质子交换膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种改性燃料电池质子交换膜，采用溶液共混的方式获得经有机溶剂溶解聚醚砜和聚苯并咪唑混合物的改性混合物，经刮涂所形成的膜。

所述聚醚砜与聚苯并咪唑按1:1-1：4的质量比例混合；所述聚醚砜与聚苯并咪唑混合物占有机溶剂质量的10-15wt％。

一种改性燃料电池质子交换膜的制备方法，将聚醚砜与聚苯并咪唑按上述比例混匀，混匀后将其自刮涂、干燥即得改性燃料电池质子交换膜。

所述混匀后真空消泡处理，处理后以刮涂的方式并干燥处理形成复合膜，刮涂成膜的温度为20-60℃，干燥时间是10-36小时；

而后置于80-100℃去离子水中处理1-3小时，再置于100-160℃真空环境中烘干，即得改性燃料电池质子交换膜。

所述将烘干的所述复合膜置于磷酸中常温浸渍过夜，形成所述磷酸掺杂的聚醚砜/聚苯并咪唑复合质子交换膜。

所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

本发明所具有的优点：

本发明燃料电池质子交换膜，聚醚砜/聚苯并咪唑共混改性燃料电池质子交换膜通过树脂溶液共混法，利用聚醚砜在高温下具有优良的抗蠕变性和尺寸稳定性，与聚苯并咪唑共混得到的复合膜具有比单纯聚苯并咪唑膜更高的机械强度和稳定性。

本发明所制备的膜温度160℃，无增湿的条件下，质子电导率为8.4mS/cm。常温下拉伸强度为16.9MPa。此外，复合膜在较大的温差以及密封压力和气体压力作用下可保持较好性能，并可延长膜电极使用寿命。

附图说明