[发明专利]改性质子交换膜及其制备方法、粘结剂、燃料电池及水电解装置

权利要求书

1.一种改性质子交换膜，其特征在于，由作为基体的质子交换树脂，与H-Si-O材料复合得到；所述H-Si-O材料具有类层状硅酸盐结构，所述类层状硅酸盐结构由层状硅酸盐经离子置换，使层状硅酸盐中的至少部分金属元素与氢离子交换，然后经热处理得到获得，所述H-Si-O材料没有吸附水且具有结晶水和/或结构水，所述类层状硅酸盐结构包括多个相互层叠的硅氧四面体层；所述类层状硅酸盐结构包括H、Si、O及其他金属元素，所述其他金属元素选自Al、Mg、Fe、Ca、Zn、Li、K及Na中的一种或多种，且所述其他金属元素与Si的摩尔比≤0.40，所述其他金属元素包括位于所述硅氧四面体层之间的第一金属元素M₁，M₁与Si的摩尔比≤0.25，所述硅氧四面体层为掺杂的硅氧四面体层，所述其他金属元素包括位于所述硅氧四面体层中取代部分Si位于四面体中心的第二金属元素M₂，M₂与Si的摩尔比≤0.33，所述第一金属元素M₁选自Al、Mg、Fe、Ca、Zn、Li、K及Na中的一种或多种，所述第二金属元素M₂选自Fe、Mg和Al中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的改性质子交换膜，其特征在于，M₁与Si的摩尔比≤0.03。

3.根据权利要求1所述的改性质子交换膜，其特征在于，所述H与部分O以结构水和/或结晶水的形式存在，所述结构水以H⁺、OH^-、和/或H3O⁺形式存在，所述结晶水以H₂O形式存在。

4.根据权利要求1所述的改性质子交换膜，其特征在于，所述质子交换树脂包括全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸和酚醛树脂磺酸中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的改性质子交换膜，其特征在于，所述H-Si-O材料与所述质子交换树脂质量比为0.001～2.000。

6.一种粘结剂，其特征在于，由作为基体的质子交换树脂与H-Si-O材料混合得到；

所述H-Si-O材料具有类层状硅酸盐结构，所述类层状硅酸盐结构由层状硅酸盐经离子置换，使层状硅酸盐中的至少部分金属元素与氢离子交换，然后经热处理得到获得，所述H-Si-O材料没有吸附水且具有结晶水和/或结构水，所述类层状硅酸盐结构包括多个相互层叠的硅氧四面体层；所述类层状硅酸盐结构包括H、Si、O及其他金属元素，所述其他金属元素选自Al、Mg、Fe、Ca、Zn、Li、K及Na中的一种或多种，且所述其他金属元素与Si的摩尔比≤0.40，所述其他金属元素包括位于所述硅氧四面体层之间的第一金属元素M₁，M₁与Si的摩尔比≤0.25，所述硅氧四面体层为掺杂的硅氧四面体层，所述其他金属元素包括位于所述硅氧四面体层中取代部分Si位于四面体中心的第二金属元素M₂，M₂与Si的摩尔比≤0.33，所述第一金属元素M₁选自Al、Mg、Fe、Ca、Zn、Li、K及Na中的一种或多种，所述第二金属元素M₂选自Fe、Mg和Al中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的粘结剂，其特征在于，所述质子交换树脂包括全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸和酚醛树脂磺酸中的一种或多种。

8.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的改性质子交换膜。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，还包括根据权利要求6或7所述的粘结剂，用于将阳极和/或阴极中的催化剂与所述改性质子交换膜结合。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括根据权利要求6或7所述的粘结剂，用于将质子交换膜与阳极和/或阴极中的催化剂结合。