[发明专利]一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法，在燃料电池工作过程中，由于氧气的电化学还原，不可避免的会有过氧化氢的产生，而过氧化氢则会降解质子交换膜，尤其是非氟质子交换膜。本发明通过在非氟质子交换膜中添加不同含量的二氧化锰，利用二氧化锰中锰的可变价性，催化分解过氧化氢，减少了过氧氢自由基对质子交换膜的攻击，有效缓解膜的降解，提高了燃料电池的使用寿命，有利于非氟质子交换膜在燃料电池中的推广与应用。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种高化学稳定性非氟质子交换膜的制备方法。

背景技术

国家积极推动高性能低成本燃料电池材料和系统关键部件研发，系统推进燃料电池汽车研发与产业化，并加快发展高效储能等新能源产业发展。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，为质子提供单向传输通道的同时，起着隔绝两侧燃料和氧化剂的作用，其性能直接决定了电池的能量转换效率和使用寿命等性能。含氟磺酸型质子交换膜价格昂贵，阻碍了质子交换膜燃料电池的商业化进程，因而迫切需要高稳定性和低成本的非氟质子交换膜。

现有的非氟质子交换膜虽然具有成本低和制备工艺简单等优点，但这类质子交换膜容易受到羟基和过氧氢自由基的化学攻击，造成质子交换膜的降解，严重影响电池的工作效率和使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法，目的在于此非氟质子交换膜可避免质子交换膜的降解，降低了燃料电池的衰减，提高了燃料电池的工作效率和使用寿命。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

S1. 称取一定量的二氧化锰和磺化聚醚醚酮或其他磺化芳香族簇合物，所述二氧化锰占总重量比重为0.1%～15%，其余为磺化聚醚醚酮或其他磺化芳香族簇合物，然后将所述二氧化锰和磺化聚醚醚酮或其他磺化芳香族簇合物溶解至有机溶剂中得到的纳米聚合物溶液；

S2. 将得到的所述纳米聚合物溶液在室温下搅拌48h，使溶液充分搅拌均匀形成浆液；

S3. 将所述浆液进行成膜并烘干后得到非氟质子交换膜。

优选地，上述一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法中，所述其他磺化芳香族簇合物包括磺化聚苯并咪唑(SPBI)、磺化聚酰亚胺（SPI)、磺化聚砜（SPSF）、磺化聚苯醚（SPPO）、磺化聚醚酮(SPEK)、磺化聚醚醚酮、磺化聚芳醚砜(SPAES)或磺化聚苯(SPP)；所述步骤1中，所述有机溶剂为二甲基砜溶剂。

优选地，上述一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法中，步骤S3中非氟质子交换膜的膜厚为10-200μm。

优选地，上述一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法中，步骤S2形成纳米聚合物溶液中聚合物浓度为10-20％，二氧化锰粒径为1-100 nm。

优选地，上述一种高化学稳定性的非氟质子交换膜的制备方法中，所述步骤S3中，浆液进行成膜的方法采用的是流延成膜技术。

一种作为燃料电池膜的非氟质子交换膜，所述燃料电池膜通过所述的非氟质子交换膜氧化稳定性的制备方法制备。

一种燃料电池，其包括燃料电池本体，所述燃料电池本体中的燃料电池采用所述的非氟质子交换膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过在质子交换膜制备过程中，添加不同含量的二氧化锰和磺化聚醚醚酮制得的非氟质子交换膜，其中二氧化锰颗粒作为变价金属氧化物，能发生可逆的氧化还原反应，使过氧化氢的热力学分解成为可能，同时还能清除自由基；避免了现有的质子交换膜在燃料电池中使用时，容易受到羟基和过氧氢自由基的化学攻击，从而缓解了膜的降解，保障了燃料电池的高效工作；