[发明专利]一种低温质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低温质子交换膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。其制备方法为：将四[4‑(4'‑羧基苯基)苯基]乙烯、二烯丙基二硫、羧基化富勒烯、乳化剂和光引发剂混合，滴在玻璃板上，放入在氮气或惰性气体氛围下的220‑300nm的紫外灯下照40‑50分钟，发生聚合反应，得到低温质子交换膜。本发明还公开了按照所述制备方法制备得到的低温质子交换膜。本发明公开的低温质子交换膜价格低廉，质子传导率高，机械性能、吸水保水性能优异。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种燃料电池部件，具体涉及一种低温质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的“心脏”部件，其性能的好坏直接影响质子交换膜燃料电池的正常工作、寿命、能量转化率，在质子交换膜燃料电池中起着阻隔燃料和传递质子的双重作用。

目前，应用最多的质子交换膜为以杜邦公司生产的以Nafion膜为代表的全氟磺酸聚合物膜，这类质子交换膜具有极好的热力学和化学稳定性，且在湿态条件下具有较高的质子传导率，然而，它们存在高成本、高甲醇渗透等缺点，这些缺点阻碍了这类质子交换膜的进一步应用。作为改进，现有技术中报道了一些改性Nafion膜和新型结构聚合物膜，这类膜或多或少存在湿态条件下溶胀度太大，机械性能得不到保障，吸水保水性能弱，成本仍然昂贵的缺点。

因此，市场上亟需一种能替代Nafion膜，价格低廉，质子传导率高、机械性能好、甲醇渗透率低、吸水保水性能优异的低温质子交换膜。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种低温质子交换膜及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，价格低廉，通过这种制备方法制备得到的低温质子交换膜比现有技术中公开的质子交换膜机械性能、化学稳定性更优异，质子传导率更高。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种低温质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：将四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯、二烯丙基二硫、羧基化富勒烯、乳化剂和光引发剂混合，滴在玻璃板上，放入在氮气或惰性气体氛围下的220-300nm的紫外灯下照40-50分钟，发生聚合反应，得到低温质子交换膜；

其中，所述四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯、二烯丙基二硫、羧基化富勒烯、乳化剂、光引发剂的质量比为3:(1-2):(0.3-0.5):(0.03-0.05):(0.03-0.05)；

所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；

所述引发剂选自安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚中的一种或几种；

所述惰性气体选自氖气、氦气、氩气中的一种或几种。

一种低温质子交换膜，采用所述一种低温质子交换膜的制备方法制备得到；

一种质子交换膜燃料电池，采用所述一种低温质子交换膜作为聚合物电解质膜。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1)本发明提供的一种低温质子交换膜的制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，价格低廉。

2)本发明提供的一种低温质子交换膜，基体采用含多芳香环结构的聚合型单体与含有硫基的单体聚合形成，且设计有交联结构，使得膜具有较好的机械力学性能、化学稳定性和热稳定性。

3)本发明提供的一种低温质子交换膜，分子结构中含有较多的羧基，且提供了更多质子传导活性位点，更易吸收更多水份，从而提高质子传导率。

4)本发明提供的一种低温质子交换膜，利用富勒烯进行掺杂，一方面起到保湿吸水作用，从而提高质子传导率，另一方面，起到增强作用，提高膜的机械性能。

具体实施方式