[发明专利]一种新能源燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源新材料技术领域，涉及一种阴离子交换膜及其制备方法，具体涉及一种新能源燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展及人们对提高生活质量意识的增强，能源问题和环境问题仍然是当前社会面临的两大严重问题。作为新一代清洁新能源装置，聚合物阴离子交换膜燃料电池具有比功率与比能量高、环境友好、无电解液流失、负荷响应快等优点，满足“可持续发展”、“低碳经济”发展模式的要求，因此其具有广阔的市场需求和应用价值。

作为阴离子交换膜燃料电池的关键部位之一的阴离子交换膜，在燃料电池中起到传递阴离子和阻隔原料的双重作用，其是实现快速高效无污染地将化学能转化为电能的基础元件，其性能的好坏直接影响燃料电池的工业化应用。

阴离子交换膜燃料电池与其它种类燃料电池一样，由阴极、阳极和电解质隔膜与外部电路等四部分构成，高分子材质的阴离子交换膜与无机金属阴阳极的粘结也是影响燃料电池使用寿命的一大因素，因此有必要寻求更为有效的方法，阻止阴离子交换膜与无机金属阴阳极之间发生相分离而降低燃料电池的使用寿命。

用于负荷响应快新能源燃料电池的阴离子交换膜除了具备较高的离子电导率外，还应当具备良好的热稳定性和化学稳定性，优异的机械性能和耐碱性。然而，传统的季铵盐型聚合物阴离子交换膜热稳定性和化学稳定性较差。这些缺陷阻碍了传统季铵盐型聚合物阴离子交换膜碱性燃料电池的商业化应用。

因此，开发一种热稳定性、机械性能良好、具有较高的离子电导率和良好的耐碱性的负荷响应快新能源燃料电池用阴离子交换膜势在必行。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种新能源燃料电池用阴离子交换膜及其制备方法。该膜具有较好的热稳定性、机械性能、较高的离子电导率和耐碱性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种负荷响应快新能源燃料电池用阴离子交换膜制备方法，包括如下步骤：

1）基膜的制备：将聚合型单体A、聚合型单体B、双烯烃交联剂和乳化剂混合，滴在玻璃制成的模具内，放入在惰性氛围下的辐射场内，采用辐射源辐射，辐照时间20-30分钟，发生聚合反应；

2）基膜负载电催化剂：将步骤1）中制备得到的基膜浸泡在溶质的质量分数为0.5%-1%的氯铂酸的乙醇溶液中70-90小时，取出用去离子水洗3-5遍后浸泡在50-70℃下质量分数为2%-5%还原剂的水溶液中60-70小时，取出用去离子水洗5-7遍后在真空中60-80℃下烘18-30小时；

3）负载有电催化剂的基膜季铵化：将步骤2）中制备得到的负载有电催化剂的基膜在溶质的质量分数为3%-6%的三苯胺的苯溶液中50-60℃下60-78小时，取出用去离子水洗5-7遍后在真空中60-80℃下烘18-30小时；

4）离子交换：将步骤3）中制备得到的阴离子交换膜浸泡在0.5-1mol/L KOH溶液中50-60℃下60-78小时进行离子交换。取出后将膜泡在去离子水中直到剩余的去离子水达到中性。

所述聚合型单体A选自对氯苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、β-溴苯乙烯中的一种或几种；

所述聚合型单体B选自2-乙烯基苯胺、3-乙烯基苯胺、4-乙烯基苯胺、4-乙烯基苄胺中的一种或几种；

所述双烯烃交联剂选自二乙烯基苯、八苯基POSS中的一种或几种；

所述乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯聚乙烯甘油醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；

所述惰性氛围为氮气氛围、氩气氛围、氦气氛围、氖气氛围中的一种或几种；

所述辐射源为钴60-γ、α射线、β射线、γ射线、x射线中的一种或几种；

步骤1）中所述聚合型单体A、聚合型单体B、双烯烃交联剂和乳化剂的质量之比为3:2:0.05:0.1；

步骤2）中所述的还原剂由硼氢化钠和铝氢化锂混合而成，质量比为2:3；

所述阴离子交换膜厚度为20-30微米

一种负荷响应快新能源燃料电池，其使用根据所述的阴离子交换膜的方法所制备的阴离子交换膜作为交换膜。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）本发明设计的负荷响应快新能源燃料电池用阴离子交换膜制备方法简单，对设备要求不高；

（2）本发明设计的负荷响应快新能源燃料电池用阴离子交换膜，交联型结构使得阴离子交换膜热稳定性、化学稳定性和机械性能等较传统季铵盐类阴离子交换膜都有所改善；

（3）本发明设计的负荷响应快新能源燃料电池用阴离子交换膜，具有较高的电导率；