[发明专利]一种耐氧化型阳离子交换膜、其制备方法及耐氧化型膜电极

说明书

本发明提供了一种耐氧化型阳离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：A)在超声条件下，将导电聚合物单体与盐酸溶液混合，得到聚合物单体溶液；B)将高锰酸钾加入所述聚合物溶液中，得到混合溶液；C)将阳离子交换膜的两侧分别加入混合溶液和与步骤A)中同浓度的盐酸溶液，进行原位生长，得到耐氧化型阳离子交换膜。本发明中的自由基淬灭层的疏松多孔结构，可以与催化剂层的疏松结构具有更大的接触面积，使二者结合更加紧密，减小氢离子的传质阻力，从而提升电池效率；同时自由基淬灭层的存在可以达到良好的自由基清除效果，提升燃料电池稳定性。本发明还提供了一种耐氧化型阳离子交换膜和耐氧化型膜电极。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种耐氧化型阳离子交换膜、其制备方法即耐氧化型膜电极。

背景技术

阳离子交换膜是对阳离子具有选择性作用的膜，其离子交换基团多采用磺酸基团，并存在对应的可解离离子，故其可以看做一种高分子电解质。由于阳膜中的离子交换基团带负电，故带有正电荷的阳离子在外电场的作用下可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。目前阳离子交换膜在燃料电池、电渗析、废水处理等多个领域都有广泛的应用前景。

然而，在燃料电池的应用中，燃料电池在运行过程中会由于电极处的四电子反应不完全导致两个电极处以不同形式产生自由基，其中阴极侧氧气与质子的不完全反应生成过氧化氢，过氧化氢的会进一步反应生成羟基自由基和过氧化氢自由基，而在阳极侧氢气会在催化剂层中生成氢自由基，氢自由基会有部分穿过膜层与阴极的氧气结合生成过氧化氢自由基，其中部分过氧化氢自由基会与氢离子反应生成过氧化氢，并进一步发生与阳极侧相同的反应生成羟基自由基和过氧化氢自由基，这些自由基会进攻阳离子交换膜中一些脆弱的位点从而导致膜的降解。目前膜稳定性不高需要经常更换以及高稳定性膜的价格昂贵也是导致燃料电池成本高的原因之一。所以相对廉价、稳定性高的膜电极或许是解决燃料电池高成本问题的一个解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐氧化型阳离子交换膜、其制备方法即耐氧化型膜电极。本发明中的耐氧化型阳离子交换膜制备成本低廉，且稳定性好。

本发明提供一种耐氧化型阳离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

A)在超声条件下，将导电聚合物单体与盐酸溶液混合，得到聚合物单体溶液；

B)将高锰酸钾加入所述聚合物溶液中，得到混合溶液；

C)将阳离子交换膜的两侧分别加入混合溶液和与步骤A)中同浓度的盐酸溶液，进行原位生长，得到耐氧化型阳离子交换膜。

优选的，所述导电聚合物单体包括吡咯和/或苯胺；

所述聚合物单体溶液中导电聚合物单体的浓度为10～50mg/mL。

优选的，所述盐酸溶液的浓度为30～50mg/mL。

优选的，所述导电聚合物单体与高锰酸钾的摩尔比为1：(1～3)。

优选的，所述步骤A)中导电聚合物单体与盐酸溶液在超声条件下混合30～60min。

优选的，所述阳离子交换膜为磺酸型阳离子交换膜。

优选的，所述原位生长的温度为4～8℃；所述原位生长的时间为3～20小时。

本发明提供如上文所述的制备方法制备得到的耐氧化型阳离子交换膜，包括阳离子交换膜和原位生长在所述阳离子交换膜表面的聚合物层；

所述聚合物层包括聚合物和包覆在聚合物内的二氧化锰颗粒。

优选的，所述聚合物层的厚度为0.5～1.5μm。

本发明提供一种耐氧化型膜电极，包括上文所述的耐氧化型阳离子交换膜。