技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及一種高支化復合型質子交換膜及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種高效、低污染的能源技術，其核心部件質子交換膜一直是人們研究的熱點。質子交換膜是質子交換膜燃料電池的關鍵材料之一，具有傳導質子和將陰陽兩極分開的雙重功能，其性能直接影響到燃料電池的整體性能。目前國際上通用的質子交換膜是全氟磺酸型質子交換膜(如Nafion)。這類膜材料具有傳導質子性能好、穩定性高、壽命長等優點，但同時存在價格昂貴、高溫易失水、甲醇滲透性高等缺點。為尋找Nafion膜的替代品，人們研究制備出多種類型的聚合物膜，其中磺化聚芳醚（SPAEK）憑借其優異的熱穩定性和導電性，被認為是最有前途的質子交換膜材料之一。但是，無氟型的磺化聚芳醚質子交換膜存在氧化穩定性差、壽命短等問題。因此，對低成本的磺化聚芳醚進行結構設計和性能改造，提高其綜合性能，具有十分重要的應用價值和社會意義。

長期以來，人們研究較多的是線型的磺化聚芳醚質子交換膜，但這些膜在使用過程中易氧化降解，導致膜材料的使用壽命難以滿足燃料電池的要求。近來，交聯也成為一種有效提高膜材料氧化穩定性的方法，但交聯后，這些膜材料韌性降低，且通常不溶解，難以重新加工，因此限制其廣泛產業化應用。支化結構的磺化聚芳醚聚合物與線性聚合物相比，有著更好的氧化穩定性，而且氧化穩定性隨著支化度的提高而提高，另外不同于交聯型聚合物，支化聚合物的溶解性好，能溶于一般的極性溶劑中，可重復加工使用。但是隨著支化度的提高，其機械強度逐漸降低。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高支化復合型質子交換膜及其制備方法，旨在解決現有支化結構的質子交換膜壽命短和機械強度低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種高支化復合型質子交換膜的制備方法，其中，包括步驟：

A、首先制備高支化磺化聚芳醚；

B、然后對高支化磺化聚芳醚摻雜聚丙烯腈，制得高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈質子交換膜。

所述的高支化復合型質子交換膜的制備方法，其中，步驟A具體包括：以4,4′-二氟二苯甲砜、雙酚芴、磺化4,4′-二氟二苯甲酮和新型B₃單體為原料，通過溶液縮聚的方法，制備高支化磺化聚芳醚。

所述的高支化復合型質子交換膜的制備方法，其中，步驟B具體包括：

B1、將制備好的高支化磺化聚芳醚和聚丙烯腈混合并攪拌；

B2、將混合的液體澆注在干燥、潔凈的玻璃板上，然后真空干燥22~24h；

B3、將干燥后得到的膜進行酸化處理，最后將膜用去離子水清洗多次，制得高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈質子交換膜。

所述的高支化復合型質子交換膜的制備方法，其中，所述高支化磺化聚芳醚與聚丙烯腈的質量比為4~19:1。

一種高支化復合型質子交換膜，其中，采用如上任一所述的高支化復合型質子交換膜的制備方法制備而成。

有益效果：本發明通過將聚丙烯腈作為彈性體聚合物添加到高支化磺化聚芳醚中，以改善膜的力學性能、降低膜的甲醇滲透性。同時，聚丙烯腈的耐化學性好，可有效的提高質子交換膜的氧化穩定性。另外，本發明制得的質子交換膜壽命長和機械強度高。

附圖說明

圖1a~1e分別為膜樣品SPAEK、SPAEK/PAN-5、SPAEK/PAN-10、SPAEK/PAN-15和SPAEK/PAN-20對應的SEM圖。

圖2為膜樣品的紅外譜圖。

圖3為膜樣品的TGA曲線圖。

圖4為膜樣品的拉伸強度圖。

圖5為膜樣品的氧化穩定性圖。

圖6為膜樣品在不同溫度下的吸水率圖。

圖7為膜樣品在不同溫度下的溶脹率圖。

圖8為膜樣品的電導率隨溫度變化曲線圖。

具體實施方式

本發明提供一種高支化復合型質子交換膜及其制備方法，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明提供一種高支化復合型質子交換膜的制備方法，其包括步驟：

A、首先制備高支化磺化聚芳醚；

B、然后對高支化磺化聚芳醚摻雜聚丙烯腈，制得高支化磺化聚芳醚/聚丙烯腈質子交換膜。