[发明专利]一种燃料电池复合膜及其制备方法

权利要求书

1.一种复合膜，其特征在于：复合膜由铸膜液加注到聚烯烃多孔膜表面形成，所述铸膜液由咪唑鎓盐晶体、聚乙烯苄基氯(PVBC)和交联剂复合而成，所述咪唑鎓盐晶体为：以4,5-二取代咪唑鎓盐为原料形成的物质固定于金属有机框架晶体材料中；所述4,5-二取代咪唑鎓盐为1-丁基C4、C5二取代咪唑鎓盐或者1-己基C4、C5二取代咪唑鎓盐。

2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，所述咪唑鎓盐晶体的原料还包括对氯甲基苯乙烯。

3.根据权利要求1所述复合膜，其特征在于：所述金属有机框架晶体材料为具有微孔的立方体结构，金属有机框架晶体材料的孔径为100-1000nm；金属有机框架晶体材料为MIL-101(Fe)、MIL-101(Cr)、MIL-53(Cr)、MIL-53(Fe)、ZIF-6、ZIF-8、ZIF-10中的一种或两种以上；

所述交联剂为N,N,N′,N′-四甲基甲二胺(TMMDA)、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TMEDA)、N,N,N′,N′-四甲基-1,6-己二胺(TMHDA)中的一种或二种以上；

所述聚烯烃多孔膜为聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜中的任一种，所述聚烯烃多孔膜的厚度5-10μm，孔隙率45-80％，平均孔径0.1～0.3μm。

4.根据权利要求2所述的复合膜，其特征在于：所述咪唑鎓盐晶体采用低温真空法合成，包括以下步骤：

(1)使金属有机框架晶体材料处于真空状态；

(2)在低温环境下，将4,5-二取代咪唑鎓盐与对氯甲基苯乙烯的混合液与金属有机框架晶体材料混合，搅拌反应；

(3)离心，干燥，得到咪唑鎓盐晶体。

5.根据权利要求3所述的复合膜，其特征在于：步骤(1)中真空状态的真空度为-0.6～-1.0MPa；步骤(2)中低温反应温度为-20～-10℃，搅拌时间为48-96h，所述金属有机框架晶体材料、4,5-二取代咪唑鎓盐以及对氯甲基苯乙烯的摩尔比为1:2:0.5-5；步骤(3)中沉淀物干燥温度为60-100℃，干燥时间为4-8h；步骤(1)和(2)处于同样的真空状态。

6.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于：所述1-丁基C4、C5二取代咪唑鎓盐或者1-己基C4、C5二取代咪唑鎓盐中的C4、C5取代基分别为R1和R2，所述R1和R2均为甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、叔丁基中的任一种，所述1-丁基C4、C5二取代咪唑鎓盐或者1-己基C4、C5二取代咪唑鎓盐结构分别如下：

7.权利要求1-6任一项所述复合膜的制备方法，其特征在于：包括如下制膜步骤：

A、称取聚乙烯苄基氯(PVBC)加入到高沸点溶剂中，室温搅拌后得到PVBC溶液；所述高沸点溶剂为：N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜中的一种；

B、将交联剂加入到步骤A的聚乙烯苄基氯(PVBC)溶液中，室温搅拌，得到混合溶液；

C、取咪唑鎓盐晶体，加入到步骤B中的混合溶液中，搅拌形成铸膜液；

D、将聚烯烃多孔膜平铺在离型聚酯膜上，将铸膜液加注到多孔膜表面，再在铸膜液表面铺盖一层离型聚酯膜，赶出气泡，并刮涂平整，得到“三明治”结构的复合层；

E、将步骤D制备的“三明治”结构的复合层置于石墨板之间，加热热压后取出，得到复合膜，并将制备的复合膜从石墨板上剥离；

F、将步骤E制备的复合膜浸泡于季铵化水溶液中，季铵化处理，然后用去离子水冲洗干净；

G、将步骤F制备的复合膜于碱性溶液中浸泡后，然后使用去离子水清洗5次以上，干燥得到高强度超薄复合膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤A中所述PVBC溶液浓度为0.1-0.5g/mL；步骤B中交联剂和PVBC的质量比为0.1-0.5:1；步骤C中咪唑鎓盐晶体的加入量为PVBC质量的2-10％。