[发明专利]一种非水质子传导的燃料电池质子交换膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种非水质子传导的燃料电池质子交换膜，属于质子交换膜技术领域。本发明一种非水质子传导的燃料电池质子交换膜的制备方法为:a、将蛋白质液、萜烯树脂乳液、2‑取代咪唑衍生物、脲‑甲醛预聚物，分散均匀，再升温至70～80℃，继续搅拌4～5小时，得混匀液；b、将得到的混匀液采用湿法纺丝工艺纺丝、干燥、热定型工序，制得功能蛋白纤维；c、最后将功能蛋白纤维制粉，加入P₂O₅‑TiO₂陶瓷粉和水，制浆，通过涂浆法成膜得到本发明的质子交换膜。本发明的非水质子传导燃料电池质子交换膜，不但具有良好的增强、防开裂特性，而且在较高温度工作时，克服了高温时水不稳定造成的质子传导下降缺陷。

技术领域

本发明涉及一种非水质子传导的燃料电池质子交换膜，属于质子交换膜技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种燃料电池，采用高分子膜作为固态电解质，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（PEM）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。

目前,常用的质子交换膜是全氟磺酸膜，全氟磺酸膜机械强度高，化学稳定性好和在湿度大的条件下导电率高，低温时电流密度大，质子传导电阻小。

公开号为CN 101359743的中国专利公开了一种对无机/有机复合质子燃料电池交换膜及制备方法的改进，其特征是无机/有机复合由全氟磺酸聚合物或非氟磺酸聚合物嵌入三维网孔结构的SiO₂和或TiO₂中复合而成。无机颗粒在膜中相互成网状结构，不仅增强了所得复合膜的机械强度，而且可以获得保湿性好复合膜，从而有效解决了质子交换膜在中高温下与高电导率之间的矛盾，所得复合膜不仅具有高温高电导率，及较低的吸水膨胀率等特性，而且复合膜的机械耐压强度和热稳定性均得到相应提高，提高了使用寿命。所得膜结构特点是：无机颗粒呈一种三维有序、均匀且开放的网孔结构，导质子的有机高分子物质充填在无机颗粒三维网孔中。此结构特征为掺杂其他导电物种（如杂多酸）提供了很好的空间构形。本发明无机/有机复合质子燃料电池交换膜，不仅所得复合膜性能优越，而且对改善燃料电池性能、降低电池成本有极大的作用，此外，还丰富了质子交换膜的制备技术。

申请号为201610688664.0的中国专利公开了一种全氟磺酸质子交换膜的制备方法。本发明公开了一种全氟磺酸质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：S1，按(0.025～0.5)g：(10～20)ml：(5～10)ml的比例称取全氟磺酸树脂、溶剂以及N-甲基吡咯胺酮；S2，在溶剂中加入N-甲基吡咯胺酮，搅拌至均匀制得混合溶剂；S3，向步骤S2制得的混合溶剂中加入称量的全氟磺酸树脂，继续搅拌至颗粒分散均匀，制得稳定的悬浮液；S4，将两片电极极片插入到步骤S3制得的悬浮液中，经电泳，得到全氟磺酸质子交换膜。本发明提供的全氟磺酸质子交换膜的制备方法制备工艺简单，易于操作，制备时间短、效率高、成本低，适于工业化生产和应用。

但是全氟磺酸质子交换膜也存在一些缺点，如：温度升高会引起质子传导性变差，高温时膜易发生化学降解、单体合成困难、成本高、价格昂贵，用于甲醇燃料电池时易发生甲醇渗透等。为了解决该问题，现在已有报道，质子传导无机玻璃和陶瓷材料，适合高温，成为聚合物电解质膜的替代品。