[发明专利]一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法

说明书

本发明涉及一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20%的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1‑10份、金属氧化物杂多酸1‑20份，含有离域大π键的金属有机化合物0‑5份。本发明公开的提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法简单易操作，成本低廉，提高抗氧化化学稳定性效果显著，通过这种方法处理的全氟磺酸膜机械力学性能佳、抗氧化化学稳定性好，质子传导率高，使用寿命长；解决了现有技术中用于质子交换膜的全氟磺酸膜容易受自由基攻击而降解，制约其商业化的应用的难题。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池部件，尤其涉及一种燃料电池用质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，以节能和减排为优势的新能源汽车如雨后春笋般涌现，它们的出现在一定程度上解决了汽车高耗能，尾气污染环境的问题，受到了人们的热烈欢迎。新能源汽车是以新能源为动力的汽车，其中质子交换膜燃料电池汽车是一种重要的新能源汽车，其工作安定性和循环使用寿命很大程度上决定于质子交换膜燃料电池的性能。质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁、环境友好的发电装置，是电动汽车的理想动力源，亦可作为分散电站、潜艇及航天器等军用电源或便携式电源等，具有十分广阔的应用前景。

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，其在燃料电池中起到阻隔原料，传递质子的作用，其抗氧化化学稳定性对燃料电池的正常稳定工作起到了非常重要的作用。目前，常用的质子交换膜为以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜，以这类膜为聚电解质膜的燃料电池在运行过程中，会产生少量双氧水，双氧水能分解产生HOO·自由基和·OH自由基，自由基具有不配对的电子，具有比较高的能量，·OH自由基容易攻击全氟磺酸树脂的侧链，造成磺酸根脱落，使全氟磺酸树脂质子电导率下降，膜的机械性能下降，膜的综合性能普遍降低，且降低速度较快。HOO·自由基能攻击苯环上的碳氢键，使全氟磺酸树脂主链断裂。产生的这些自由基均会加剧质子交换膜的降解，导致电池性能大幅下降。

双氧水的产生一般认为是阳极侧氢气渗透到阴极，在阴极催化剂靠近膜的地方产生，或阴极侧氧气渗透到阳极，在阳极测催化剂层靠近膜的位置产生，也就是膜的降解更容易发生在催化剂层酮膜的结合处。因此，对全氟磺酸膜与催化剂层处进行改性是改善质子交换膜抗氧化化学稳定性的有效措施。

现有技术中多采用新型质子交换膜材料来改善抗氧化化学稳定性，如李忠芳等人采用尿素(CN101768270A)，作为端氨基的保护性试剂对PBI进行了改性，房建华等采用环氧化物(CN200710171866.9)、二卤(多卤)烷烃(CN200710171865.4)和马来酸酐(CN200710171867.3)对PBI主链上的一个端氨基进行交联保护，从而减缓膜的降解；但是这些新型质子交换膜或多或少存在成本较高，制备工艺复杂，机械力学性能较差，质子传导率有待进一步提高的问题。

因此，寻求更为有效的方法，提高质子交换膜的抗氧化化学稳定性，有效避免自由基攻击而降解，提升膜的使用寿命显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法；该方法简单易操作，成本低廉，提高抗氧化化学稳定性效果显著，通过这种方法处理的全氟磺酸膜机械力学性能佳、抗氧化化学稳定性好，质子传导率高，使用寿命长。解决了现有技术中用于质子交换膜的全氟磺酸膜容易受自由基攻击而降解，制约其商业化的应用的难题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20％的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1-10份、金属氧化物杂多酸1-20份，含有离域大π键的金属有机化合物0-5份。