一种功能化增强型质子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能化增强型质子交换膜及其制备方法。在纯氧型质子交换膜燃料电池中，为了避免氢气渗透，需要采用较厚的质子交换膜，但是由于氢氧燃料电池的运行环境湿度较大，容易给质子交换膜带来严重的溶胀问题，在电池停车后电池环境变干又会使质子交换膜发生收缩，进而使质子交换膜受到严重的机械损伤。目前商品化的增强型质子交换膜，通过在膜中引入增强骨架，可以显著降低其溶胀变形率，提高质子膜的机械强度，但是其厚度最多只能达到20微米，无法满足纯氧型燃料电池的应用要求。本发明专利技术针对上述问题，提出了一种提高在现有增强型复合质子交换膜的基础上，制备适用于氢氧燃料电池的质子交换膜，可以明显的延长膜电极的抗机械衰减能力和寿命。

Functional enhanced proton exchange membrane and preparation method thereof

The invention discloses a functional enhanced proton exchange membrane and a preparation method thereof. In the pure oxygen type proton exchange membrane fuel cell, in order to avoid the penetration of hydrogen, require the use of proton exchange membrane is thick, but the humidity hydrogen fuel cell is larger, the serious problem of swelling to proton exchange membrane, the proton exchange membrane contraction occurs in the battery after parking will become dry battery, and the proton exchange membrane by serious mechanical damage. At present, the commercialization of enhanced proton exchange membrane, enhanced by the introduction of the membrane skeleton, can significantly reduce the swelling deformation rate, improve the mechanical strength of the membrane, but the thickness of up to 20 micron, unable to meet the requirements of application of pure oxygen fuel cell. The invention is to solve the above problems, put forward a kind of improvement based on the existing reinforced composite proton exchange membrane, preparation for proton exchange membrane fuel cell, membrane electrode can significantly prolong the anti decay ability and mechanical life.

【技术实现步骤摘要】
一种功能化增强型质子交换膜及其制备方法
本专利技术属于质子交换膜燃料电池领域，涉及一种适合于在氢氧燃料电池中运行的功能化增强型质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种能量转化装置，工作方式类似内燃机，可以将氢燃料中的化学能直接转化为电能释放出来，由于其具有工作温度低，能量转化效率高，启动速度快，环境友好等优点，被广泛的应用在汽运交通，分布式发电，航空航天、水下动力等不同领域。其中汽运交通和分布式发电领域可以采用空气直接作为氧化剂，可被称为氢空燃料电池，而在航空航天、水下动力等领域则需要携带纯氧作为氧化剂，可被称为氢氧燃料电池。根据氧化剂的不同，氢空和氢氧燃料电池的系统管理、内部结构设计等也存在较大差异。燃料电池的核心部件膜电极是决定电池寿命和性能的关键，其中对膜电极寿命和稳定性起关键作用的是质子交换膜，目前导致燃料电池失效的最主要原因就是膜的穿孔、破裂等现象。在氢空燃料电池中，为了提高电池的性能和降低欧姆电阻，质子交换膜的趋势是越薄越好，仅为几个至几十个微米，尽管薄膜带来氢气渗透的问题，但是由于空气中含有大量的氮气，且空气流量较大，因此不会对膜电极造成伤害。同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能化增强型质子交换膜，其特征在于，以一层聚四氟乙烯多孔膜为底膜，于一层底膜的二侧表面制备具有自增湿、抗自由基功能中的一种或两种的功能化厚度扩展层，得功能化增强型质子交换膜；或，以二层以上的聚四氟乙烯多孔膜为底膜，于二层以上底膜之间制备具有自增湿、抗自由基功能中的一种或两种的功能化厚度扩展层，得功能化增强型质子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种功能化增强型质子交换膜，其特征在于，以一层聚四氟乙烯多孔膜为底膜，于一层底膜的二侧表面制备具有自增湿、抗自由基功能中的一种或两种的功能化厚度扩展层，得功能化增强型质子交换膜；或，以二层以上的聚四氟乙烯多孔膜为底膜，于二层以上底膜之间制备具有自增湿、抗自由基功能中的一种或两种的功能化厚度扩展层，得功能化增强型质子交换膜。2.按照权利要求1所述功能化增强型质子交换膜，其特征在于：所述底膜的层数为1-3层；所述底膜厚度在8-20微米，所述的功能化增强型质子交换膜的厚度在28-93微米。3.按照权利要求1所述功能化增强型质子交换膜，其特征在于：所述功能化增强型质子交换膜质子传导率范围在0.05～0.09S/cm，纵向/横向拉伸强度40-60MPa,氢气通过率＜0.01ml*min*cm2。4.一种权利要求1、2或3所述功能化增强型质子交换膜的制备方法，其特征在于：当底膜层数为1层时，选择厚度为18-20微米的聚四氟乙烯多孔膜作为底膜，将底膜置于60-80°的加热板表面，向底膜两侧分别喷涂由Nafion离子树脂和功能添加剂(具有吸水功能、抗自由基功能中的一种或两种)组成的溶液，分别形成厚度在5-15微米的功能化厚度扩展层，两侧的功能化扩展层所含功能添加剂种类以及配比可以根据功能化要求各自调节，然后将膜在120-140°，表压1-5Mpa下热压1-5min，即得到具有不同功能的厚层功能化增强型质子交换膜；或，当底膜层数为2层时，选择厚度为12-17微米的聚四氟乙烯多孔膜作为底膜，将底膜置于60-80°的加热板表面，分别向两张底膜的一侧喷涂由Nafion离子树脂和功能添加剂(具有吸水功能、抗自由基功能中的一种或两种)组成的溶液，形成厚度在5-15微米的功能化扩展层，两层功能化扩展层所含功能添加剂种类以及配比可以根据功能化要求各自调节；然后将两张膜的喷涂面相对，在120-140°，表压1-5Mpa下热压1-5min,即得到功能化厚层增强型质子交换膜；或，当底膜为3层时，选择厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋微，邵志刚，俞红梅，衣宝廉，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21