[发明专利]燃料电池用质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种燃料电池用质子交换膜，其特征在于，其是由包括质子交换树脂和改性材料的原料混合制成；

所述改性材料的原料包括无机材料和有机硅烷偶联剂；

所述无机材料选自金属氧化物或金属氢氧化物；

所述金属氧化物中，包含摩尔分数为80％-99.99％的所述金属元素的稳定价态和摩尔分数为0.01％-20％的所述金属元素的不稳定价态，其中，所述金属元素的稳定价态是金属元素的高价态，所述金属元素的不稳定价态是金属元素的低价态；

所述金属氢氧化物中，包含摩尔分数为80％-99.99％的所述金属元素的稳定价态和摩尔分数为0.01％-20％的所述金属元素的不稳定价态，其中，所述金属元素的稳定价态是金属元素的高价态，所述金属元素的不稳定价态是金属元素的低价态。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述金属氧化物中，包含摩尔分数为80％-97％的所述金属元素的稳定价态和摩尔分数为3％-20％的所述金属元素的不稳定价态；

所述金属氢氧化物中，包含摩尔分数为80％-97％的所述金属元素的稳定价态和摩尔分数为3％-20％的所述金属元素的不稳定价态。

3.根据权利要求2所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，在所述金属氧化物表面，还含有占所述金属氧化物摩尔分数为0.01％-10％的羟基或羧基；

在所述金属氢氧化物表面，还含有占所述金属氢氧化物摩尔分数为0.01％-10％的羟基或羧基。

4.根据权利要求3所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述金属氧化物选自铬的氧化物、锰的氧化物、镍的氧化物、铁的氧化物、钴的氧化物和稀土金属的氧化物中的一种或几种；

所述金属氢氧化物选自铬的氢氧化物、锰的氢氧化物、镍的氢氧化物、铁的氢氧化物、钴的氢氧化物和稀土金属的氢氧化物中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述无机材料的颗粒粒径为1nm-10μm。

6.根据权利要求1所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述有机硅烷偶联剂具有式I结构；

其中，

R选自碳原子数为1-10的直链烷基、碳原子数为1-10的支链烷基、碳原子数为3-15的环烷基或碳原子数为6-30的芳基；

R₀选自-NH₂、-PO₂H、-COOH、-SH或-SO₃H；

R₁为-Si-(O-R₂)₃；

R₂选自碳原子数为1-5的直链烷基或碳原子数为1-5的支链烷基。

7.根据权利要求1-6任一项所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述改性材料的制备方法包括以下步骤：

将所述无机材料与极性溶剂混合，加热至60-150℃，再加入所述有机硅烷偶联剂，调节pH值，反应1h-5h，干燥，得固体；

所述极性溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲苯和乙醇中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述改性材料的制备方法还包括：

向所述固体中加入氧化剂，升温至60-90℃，搅拌0.5h-5h；

所述有机硅烷偶联剂含有巯基官能团。

9.根据权利要求1所述的燃料电池用质子交换膜，其特征在于，所述质子交换树脂选自全氟磺酸树脂、非全氟磺酸树脂和非氟磺酸树脂中的一种或几种。

10.一种权利要求1-9任一项所述燃料电池用质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

混合所述质子交换树脂、改性材料和极性溶剂，得混合浆料；

将所述混合浆料流延于玻璃板上，干燥。