本發明公開了一種燃料電池用復合質子交換膜的制備方法，采用Nafion樹脂和成膜性、力學性能良好的高分子聚合物的有機溶液共同紡絲制備支撐膜，進而用Nafion樹脂有機溶液重鑄成膜，一方面可以提高復合質子交換膜的機械穩定性能，另一方面可以改善支撐膜與Nafion樹脂之間的相容性；與此同時，采用有機溶劑分散的Nafion樹脂溶液代替常規質量分數為5%的Nafion溶液澆注成膜也可以在很大程度上提高Nafion樹脂在支撐膜中的相容性和滲透能力，最后，相對于直接溶液澆鑄法制備的Nafion膜，在相同厚度下，本發明制備的復合膜中Nafion樹脂的用量更少，這在一定程度上降低了質子交換膜的成本。

技術領域

本發明屬于靜電紡絲技術領域，具體涉及一種燃料電池用復合質子交換膜的制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種清潔高效的能源轉換方式，是當前能源領域研究的熱點和前沿。作為質子交換膜燃料電池的核心關鍵材料之一，質子交換膜在很大程度上決定了燃料電池的性能和壽命。全氟磺酸型質子交換膜以其優異的化學穩定性以及良好的質子傳導能力而廣泛應用于質子交換膜燃料電池中。然而，全氟磺酸樹脂材料的吸水溶脹性能以及在含水條件下較低的機械性能等基本特性使其在長期使用過程中很難保持良好的物理結構穩定性和耐久性。在眾多物理結構增強型復合質子交換膜中，以聚四氟乙烯（PTFE）多孔膜作為增強體的復合質子交換膜的發展最為廣泛，如Gore公司Gore-Select系列和Dupont公司XL系列多孔聚四氟乙烯（ePTFE）增強型復合質子交換膜。該類復合膜中聚四氟乙烯多孔膜的網絡結構能夠有效的限制全氟磺酸樹脂吸水溶脹。然而，聚四氟乙烯多孔膜強烈的疏水性和質子交換膜的強親水性使這兩種材料形成良好的界面相容性存在困難，而且聚四氟乙烯本身并不具有質子傳導能力，聚四氟乙烯相的存在會顯著降低復合質子交換膜的質子電導率。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種燃料電池用復合質子交換膜的制備方法，采用Nafion樹脂和成膜性、力學性能良好的高分子聚合物的有機溶液共同紡絲制備支撐膜，進而用Nafion樹脂有機溶液重鑄成膜，一方面可以提高復合質子交換膜的機械穩定性能，另一方面可以改善支撐膜與Nafion樹脂之間的相容性；與此同時，采用有機溶劑分散的Nafion樹脂溶液代替常規質量分數為5%的Nafion溶液澆注成膜也可以在很大程度上提高Nafion樹脂在支撐膜中的相容性和滲透能力，最后，相對于直接溶液澆鑄法制備的Nafion膜，在相同厚度下，本發明制備的復合膜中Nafion樹脂的用量更少，這在一定程度上降低了質子交換膜的成本。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種燃料電池用復合質子交換膜的制備方法，步驟如下：

（1）將質量分數為5%的Nafion溶液，在溫度50-100℃真空下烘干，除去溶液中的溶劑，之后加入有機溶劑中，分散均勻制備質量分數為5-10%的Nafion有機溶劑溶液；

（2）將具有良好成膜性能的高分子聚合物，加入到有機溶劑中，分散均勻制備質量分數為20-50%的高分子聚合物的有機溶劑溶液；

（3）將步驟（1）制得的Nafion有機溶劑溶液加入到步驟（2）的高分子聚合物的有機溶劑溶液中，混合均勻制備紡絲液，將該紡絲液倒入注射管中進行靜電紡絲制備纖維支撐膜；

（4）將纖維支撐膜從接收板上揭下，固定四周，將步驟（1）中的Nafion有機溶劑溶液流延在纖維支撐膜表面，真空下60-120℃恒溫保持6-36h，得到燃料電池用的復合質子交換膜。

所述有機溶劑為四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮，聚乙二醇辛基苯基醚、丙酮中的一種或兩種的混合物。

所述步驟（2）中的高分子聚合物為聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚丙交酯、聚己內酯、聚氨酯、氟化聚氨酯中的一種或兩種的混合物。