[发明专利]一种燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池用高温质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：步骤S1聚合物基膜的制备，步骤S2改性聚合物基膜，质子传导介质的掺杂。本发明还公开了根据所述燃料电池用高温质子交换膜的制备方法制备而成的燃料电池用高温质子交换膜。本发明公开的燃料电池用高温质子交换膜机械力学性能好、尺寸稳定性佳，耐高温性能优异，质子传导率高且稳定，质子传导介质不易泄漏，材料综合性能好，使用寿命长，应用该高温质子交换膜的燃料电池工作安定性好，循环使用寿命长，启动快，续延时间长，比功率与比能量高。

技术领域

本发明属于新能源新材料技术领域，涉及一种燃料电池部件，尤其涉及一种燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科学的进步及人们对环境问题和能源问题认识上的深入，新能源新材料行业飞速发展，燃料电池作为一种清洁可再生能源装置更是引起了人们的高度重视，在新能源汽车领域应用广泛。由于其能将化学能直接转化为电能，具有启动快、续延时间长、比功率与比能量高、绿色环保的优势，成为未来新能源新材料行业重点发展的方向之一。

燃料电池根据其使用的隔膜的种类不同可以分为质子交换膜燃料电池和阴离子交换膜燃料电池。其中，质子交换膜燃料电池是现阶段研究最成熟的一类燃料电池，其以质子交换膜作为固态电解质，这种电池的性能稳定性、工作安定性和循环使用寿命很大程度上都决定于质子交换膜的性能，因此，开发性能优异的质子交换膜势在必行。

目前，最常见的质子交换膜是以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜，这种综合膜性能优异，但只能在低温保湿条件下使用，燃料电池实际工作环境经常会超过80℃，在此温度以上时，这种膜内吸附保留的水分会挥发，从而降低质子传导率，使得燃料电池工作不稳定，循环使用寿命缩短。另外，这种膜主要依靠进口，价格昂贵，这些不足阻碍了质子交换膜燃料电池在新能源汽车乃至其他装置或其他行业的广泛应用与进一步发展。

为了满足在高温下的使用要求，现有技术中的主要措施是在聚合物基体中添加质子传导介质磷酸或离子液体，但由于这些游离的磷酸或离子液体易泄漏，而且如何聚合物基体性能不佳的话，还会使得整个膜抗撕裂性能不佳，易碎，尺寸稳定性不好，存在电池组装问题。

因此，开发一种性能优异的燃料电池用高温质子交换膜符合市场需求，具有较高的推广应用价值，对促进新能源新材料行业的发展具有非常重要的意义。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种燃料电池用高温质子交换膜，该高温质子交换膜机械力学性能好、尺寸稳定性佳，耐高温性能优异，质子传导率高且稳定，质子传导介质不易泄漏，材料综合性能好，使用寿命长，应用该高温质子交换膜的燃料电池工作安定性好，循环使用寿命长，启动快，续延时间长，比功率与比能量高；另外，本发明还涉及所述燃料电池用高温质子交换膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种燃料电池用高温质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1聚合物基膜的制备：将乙烯基功能化Zr-MOFs、2-三甲基硅氧基-1,1,1,5,5,5-六氟戊-2-烯-4-酮、乙烯雌酚二磷酸酯、1-(9-H-芴-9-甲基)氢哌嗪-1,2,4-三羧酸-4-烯丙酯、1,1,1-三(4-三氟乙烯基氧基苯基)乙烷、(E)-3-(2-(1H-四唑-5-基)乙烯基)-6-氟-1H-吲哚、2-氨基-1-丙烯基-1,1,3-三甲腈、乳化剂、引发剂加入到高沸点溶剂中，超声5-10分钟，后浇注在模具中，再将模具置于氮气或惰性气体氛围，70-80℃下烘6-8小时；得到聚合物基膜；

步骤S2改性聚合物基膜：将经过步骤S1制备得到的聚合物基膜浸泡在50-60℃下的质量分数为10-20％的氯甲基磷酸的水溶液中6-8小时，后取出，并置于真空干燥箱60-80℃中干燥至恒重；