[发明专利]低甲醇渗透率质子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜领域，尤其涉及一种低甲醇渗透率质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。但是目前质子交换膜的甲醇渗透率比较高，大大影响了直接甲醇燃料电池的开发和应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种低甲醇渗透率质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜的质子导电率高，且甲醇渗透率低。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低甲醇渗透率质子交换膜，包括以下重量份数的原料：

优选地，所述磺化聚醚醚酮的磺化度为40％～60％。

优选地，所述蛭石的粒径为50～100nm；所述石棉绒的粒径为40～60nm。

本发明还提供了上述一种低甲醇渗透率质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

a)将磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡啶树脂加入到机溶剂中，并在40～50℃下搅拌40～60min，并在搅拌的条件下加入杂多酸、碳纤维、蛭石和石棉绒搅拌均匀后，倒入培养皿中，然后置于60～80℃的烘箱中进行干燥，并控制溶剂残留量为30～40wt％，将膜从培养皿表面揭起；

b)将步骤a)得到的膜在80～100℃下先进行横向拉伸再进行纵向拉伸，拉伸完成后维持外力使膜保持在拉伸状态，得拉伸膜；

c)将步骤b)得到的拉伸膜置于60～80℃的烘箱中干燥10～15h，然后置于30～40℃的烘箱中干燥2～3h后，去除外力，即得低甲醇渗透率质子交换膜。

优选地，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二氯甲烷。

优选地，所述横向拉伸与所述纵向拉伸的比为(1.2～1.5)：(0.6～0.8)。

本发明提供的一种低甲醇渗透率质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜中包括10～15重量份数的磺化聚醚醚酮、5～10重量份数的聚乙烯吡啶树脂、2～3重量份数的杂多酸、0.5～1重量份数的碳纤维、2～3重量份数的蛭石、3～4石棉绒。本发明中聚乙烯吡啶树脂能够降低质子交换膜的甲醇渗透率，杂多酸的加入能够提高质子交换膜的质子导电率，蛭石和石棉绒能够阻挡甲醇渗透，采用上述原料制得的质子交换膜在保持高的质子导电率的同时，甲醇渗透率最低。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明提供了一种低甲醇渗透率质子交换膜，包括以下重量份数的原料：

上述技术方案中，聚乙烯吡啶树脂能够降低质子交换膜的甲醇渗透率，杂多酸的加入能够提高质子交换膜的质子导电率，蛭石和石棉绒能够阻挡甲醇渗透，采用上述原料制得的质子交换膜在保持高的质子导电率的同时，甲醇渗透率最低。

在本发明的实施例中，磺化聚醚醚酮的黄花都为40％～60％。上述磺化度的磺化聚醚醚酮能够使得质子交换膜具有高的质子导电率。

在本发明中，磺化聚醚醚酮的重量份数为10～15份；在本发明的实施例中，磺化聚醚醚酮的重量份数为11～14份；在其他实施例中，磺化聚醚醚酮的重量份数为12～13份。

聚乙烯吡啶树脂能够降低质子交换膜的甲醇渗透率。在本发明中，聚乙烯吡啶树脂的重量份数为5～10份；在本发明的实施例中，聚乙烯吡啶树脂的重量份数为6～9份；在其他实施例中，聚乙烯吡啶树脂的重量份数为7～8份。

杂多酸的加入能够提高质子交换膜的质子导电率。在本发明中，杂多酸的重量份数为2～3份；在本发明的实施例中，杂多酸的重量份数为2.2～2.8份；在其他实施例中，杂多酸的重量份数为2.4～2.6份。

碳纤维能够提高质子交换膜的尺寸稳定性。在本发明中，碳纤维的重量份数为0.5～1份；在本发明的实施例中，碳纤维的重量份数为0.6～0.9份；在其他实施例中，碳纤维的重量份数为0.7～0.8份。

蛭石和石棉绒能够阻挡甲醇渗透。在本发明的实施例中，蛭石的粒径为50～100nm；石棉绒的粒径为40～60nm。