[发明专利]一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能组合物及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

燃料电池(FC)作为环境可持续发展的能量转换系统正在逐渐的凸显着其重要性。近年来随着质子交换膜燃料电池(PEMFC)在交通、电子产品、航空航天等高新科技领域的广泛发展和应用。

质子交换膜(PEM，proton exchange membrane)是PEMFC中最重要的部件之一。它被放置在阴极和阳极之间，阻止电极的物理性接触，同时确保氢质子的自由运输和电子流动的绝缘性。质子交换膜的基本要求是必须对过氧化物和电极有很好的化学和电化学稳定性，同时必须具有较强的机械性能，以承受电池组装过程中的外力，结构上，质子交换膜应该具有充足的吸水性，以此来实现良好的质子传导，进一步实现电池充放电的高效性。

现在广泛使用的最常见的一种为Dupont公司所生产的Nafion薄膜。目前已经商业化的Nafion117质子交换膜虽然有良好的耐受性，但由于价格过高且膜厚与导电度的规格受到限制，而甲醇的渗透性过高[Pivovar et al.，1999]，因此有必要寻求一种价格低廉且可大量生产与其各方面表现相当的新膜材。Gore&Associated公司借其PTFE多孔膜方面优势，对适用于燃料电池的Nafion/PTFE进行大量的研究开发，其在专利CN 1,134,288C、US5,547,551、US 5,599,614、US RE37,307和US 6,613,203中公开了Nafion/PTFE的复合膜方法；DuPont公司在专利US 5,795,668和US 6,110,333中公开了Nafion/PTFE的复合膜方法；在国内中国科学院大连化学物理所在专利CN 1,146,186A中公开了Nafion/PTFE的复合膜方法。

本发明所制备的高质子传导性能组合物具制程设备低廉、制程简便、无环境污染、质子传导性能可控制于0.19～1.17S/cm(即西门子/厘米)、生产设备经费便宜，适用于工业大量生产、后续加工及应用范围宽广且加入的改性芳烃的量在不超过高质子传导性能组合物的重量比的5～40％，即可达到优异之质子传导效果，并保持原高分子基材的主要特性，比目前市售Nafion117的质子传导性能0.0055S/cm(即西门子/厘米)，因此本发明所制备之高质子传导性能组合物可应用于目前燃料电池、海水淡化、手机、笔记本电脑、便携式电子产品、太阳能电池板、建筑及汽车装饰膜及半导体行业的快速发展推动了该种薄膜的广泛使用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能组合物。

本发明的另一个目的是提供一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能组合物的制备方法。

本发明的又一目的是提供一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能成型制件的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于交联网状的半互穿网络复合高质子传导性能组合物的制备方法，包括如下步骤：

a)将PTFE多孔膜置于改性芳烃混合溶液中(芳烃、二乙烯苯、偶氮二异丁氰比为97.5～68∶1～10∶0.5～2∶1～20)，在25℃～80℃浸泡1小时～10小时，得到改性芳烃和氟碳树脂的组合物薄膜；

b)将步骤a)制得的改性芳烃和氟碳树脂的组合物薄膜置于平板硫化机中在90℃～150℃下热压6小时～12小时，冷却后使用四氢呋喃清洗其表面多余的反应产物；

c)将步骤b)制得的改性芳烃和氟碳树脂的组合物薄膜浸入氯磺酸溶液中12小时～48小时；

d)将步骤c)制得的改性芳烃和氟碳树脂的组合物薄膜用一定量的去离子水于25℃～80℃煮12小时～48小时，得改性芳烃和氟碳树脂的重量比为5～40∶95～60，厚度为30微米～50微米具有高质子传导性能的改性芳烃和氟碳树脂的组合物薄膜。

所谓一种基于交联网状的半互穿网络复合质子交换膜，指的是质子传导率按照GB/T20042.3-2009测试标准测试，机械性能测试方法参照GB/T1040.3-2006进行测试所述的方法，一般作为质子交换膜的质子传导率约在0.1～0.0001S/cm(即西门子/厘米)范围。

上述的改性芳烃和氟碳树脂的重量比为10～40∶90～60，优选地，改性芳烃和氟碳树脂的重量比为5～30∶95～70。