一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20%的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1‑10份、金属氧化物杂多酸1‑20份，含有离域大π键的金属有机化合物0‑5份。本发明专利技术公开的提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法简单易操作，成本低廉，提高抗氧化化学稳定性效果显著，通过这种方法处理的全氟磺酸膜机械力学性能佳、抗氧化化学稳定性好，质子传导率高，使用寿命长；解决了现有技术中用于质子交换膜的全氟磺酸膜容易受自由基攻击而降解，制约其商业化的应用的难题。

A method to improve the chemical stability of proton exchange membrane

The invention relates to a method for improving the anti-oxidation chemical stability of perfluorinated sulfonic acid film, which is realized by coating a layer of resin layer with additives on one side and two sides of the perfluorinated sulfonate film respectively; the resin is perfluorinated sulfonic acid resin; the additive includes the following heavy components: 100 perfluorinated sulfonate resin dispersion with concentration of 20%, modified graphene quantum Point 1 \u2011 10, metal oxide heteropoly acid 1 \u2011 20, metal organic compounds containing large \u03c0 bond of delocalization 0 \u2011 5. The method for improving the anti-oxidation chemical stability of perfluorinated sulfonic acid membrane disclosed by the invention is simple and easy to operate, low cost, and significant effect on improving the anti-oxidation chemical stability. The perfluorinated sulfonate membrane processed by the method has good mechanical properties, good anti-oxidation chemical stability, high proton conductivity, and long service life, and solves the perfluorinated sulfonate membrane used for the proton exchange membrane in the prior art It is easy to be degraded by free radicals, which restricts its commercial application.

【技术实现步骤摘要】
一种提高质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法
本专利技术属于燃料电池
，涉及一种燃料电池部件，尤其涉及一种燃料电池用质子交换膜抗氧化化学稳定性的方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展，以节能和减排为优势的新能源汽车如雨后春笋般涌现，它们的出现在一定程度上解决了汽车高耗能，尾气污染环境的问题，受到了人们的热烈欢迎。新能源汽车是以新能源为动力的汽车，其中质子交换膜燃料电池汽车是一种重要的新能源汽车，其工作安定性和循环使用寿命很大程度上决定于质子交换膜燃料电池的性能。质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁、环境友好的发电装置，是电动汽车的理想动力源，亦可作为分散电站、潜艇及航天器等军用电源或便携式电源等，具有十分广阔的应用前景。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，其在燃料电池中起到阻隔原料，传递质子的作用，其抗氧化化学稳定性对燃料电池的正常稳定工作起到了非常重要的作用。目前，常用的质子交换膜为以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜，以这类膜为聚电解质膜的燃料电池在运行过程中，会产生少量双氧水，双氧水能分解产生HOO·自由基和·OH自由基，自由基具有不配对的电子，具有比较高的能量，·OH自由基容易攻击全氟磺酸树脂的侧链，造成磺酸根脱落，使全氟磺酸树脂质子电导率下降，膜的机械性能下降，膜的综合性能普遍降低，且降低速度较快。HOO·自由基能攻击苯环上的碳氢键，使全氟磺酸树脂主链断裂。产生的这些自由基均会加剧质子交换膜的降解，导致电池性能大幅下降。双氧水的产生一般认为是阳极侧氢气渗透到阴极，在阴极催化剂靠近膜的地方产生，或阴极侧氧气渗透到阳极，在阳极测催化剂层靠近膜的位置产生，也就是膜的降解更容易发生在催化剂层酮膜的结合处。因此，对全氟磺酸膜与催化剂层处进行改性是改善质子交换膜抗氧化化学稳定性的有效措施。现有技术中多采用新型质子交换膜材料来改善抗氧化化学稳定性，如李忠芳等人采用尿素(CN101768270A)，作为端氨基的保护性试剂对PBI进行了改性，房建华等采用环氧化物(CN200710171866.9)、二卤(多卤)烷烃(CN200710171865.4)和马来酸酐(CN200710171867.3)对PBI主链上的一个端氨基进行交联保护，从而减缓膜的降解；但是这些新型质子交换膜或多或少存在成本较高，制备工艺复杂，机械力学性能较差，质子传导率有待进一步提高的问题。因此，寻求更为有效的方法，提高质子交换膜的抗氧化化学稳定性，有效避免自由基攻击而降解，提升膜的使用寿命显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法；该方法简单易操作，成本低廉，提高抗氧化化学稳定性效果显著，通过这种方法处理的全氟磺酸膜机械力学性能佳、抗氧化化学稳定性好，质子传导率高，使用寿命长。解决了现有技术中用于质子交换膜的全氟磺酸膜容易受自由基攻击而降解，制约其商业化的应用的难题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20％的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1-10份、金属氧化物杂多酸1-20份，含有离域大π键的金属有机化合物0-5份。较佳地，所述含有离域大π键的金属有机化合物选自金属酞菁、金属卟啉中的一种。较佳地，所述金属酞菁为铁酞菁、铜酞菁、钴酞菁中的至少一种。较佳地，所述金属卟啉为铁卟啉、铜卟啉、钴卟啉、镁卟啉中的至少一种。进一步地，所述金属氧化物杂多酸为磷钨酸，磷钼酸中至少一种。进一步地，所述改性石墨烯量子点为石墨烯量子点、磺酸化石墨烯量子点、磷酸化石墨烯量子点、羧基化石墨烯量子点中的至少一种。较佳地，所述磺酸化石墨烯量子点的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯分散于水中，然后向其中加入稀硫酸，混合均匀后，将混合物转移到高压釜中，在90-120℃下加热反应3-5小时，再冷却到室温，用多孔无机膜过滤掉不溶解的碎片，然后用分子量截取膜的离心过滤装置对上清液进行超滤，旋蒸后，得到磺酸化石墨烯量子点。较佳地，所述石墨烯、水、稀硫酸的质量比为1:(3-5):(0.3-0.6)；所述稀硫酸的质量百分浓度为10-20wt％。进一步，所述一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，具体为：首先将全氟磺酸树脂分散液中加入添加剂，在60-80℃下搅拌反应5-8小时，制得混合浆料；然后将混合浆料涂覆在全氟磺酸膜的表面，在80-160℃下烘干至恒重，所述混合浆料的涂覆厚度为0.5-5μm。进一步地，所述混合浆料的涂覆厚度为0.5-5μm。进一步地，一种全氟磺酸膜，采上述一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法改性得到。由于上述技术方案运用，本专利技术专利与现有技术相比具有下列优点：该方法简单易操作，成本低廉，提高抗氧化化学稳定性效果显著，通过这种方法处理的全氟磺酸膜机械力学性能佳、抗氧化化学稳定性好，质子传导率高，使用寿命长。解决了现有技术中用于质子交换膜的全氟磺酸膜容易受自由基攻击而降解，制约其商业化的应用的难题。具体实施方式本专利技术涉及一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20％的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1-10份、金属氧化物杂多酸1-20份，含有离域大π键的金属有机化合物0-5份。较佳地，所述含有离域大π键的金属有机化合物选自金属酞菁、金属卟啉中的一种；所述金属酞菁为铁酞菁、铜酞菁、钴酞菁中的至少一种；所述金属卟啉为铁卟啉、铜卟啉、钴卟啉、镁卟啉中的至少一种；所述金属氧化物杂多酸为磷钨酸，磷钼酸中至少一种。进一步地，所述改性石墨烯量子点为石墨烯量子点、磺酸化石墨烯量子点、磷酸化石墨烯量子点、羧基化石墨烯量子点中的至少一种；所述磺酸化石墨烯量子点的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯分散于水中，然后向其中加入稀硫酸，混合均匀后，将混合物转移到高压釜中，在90-120℃下加热反应3-5小时，再冷却到室温，用多孔无机膜过滤掉不溶解的碎片，然后用分子量截取膜的离心过滤装置对上清液进行超滤，旋蒸后，得到磺酸化石墨烯量子点；所述石墨烯、水、稀硫酸的质量比为1:(3-5):(0.3-0.6)；所述稀硫酸的质量百分浓度为10-20wt％。进一步，所述一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，具体为：首先将全氟磺酸树脂分散液中加入添加剂，在60-80℃下搅拌反应5-8小时，制得混合浆料；然后将混合浆料涂覆在全氟磺酸膜的表面，在80-160℃下烘干至恒重，所述混合浆料的涂覆厚度为0.5-5μm；所述混合浆料的涂覆厚度为0.5-5μm。进一步地，一种全氟磺酸膜，采上述一种提高全氟磺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20%的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1-10份、金属氧化物杂多酸1-20份，含有离域大π键的金属有机化合物0-5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，是通过在全氟磺酸膜的一面和或两面分别涂覆一层掺加有添加剂的树脂层而实现的；所述树脂为全氟磺酸树脂；所述添加剂包括如下重量份的各组分：浓度为20%的全氟磺酸树脂分散液100份，改性石墨烯量子点1-10份、金属氧化物杂多酸1-20份，含有离域大π键的金属有机化合物0-5份。


2.根据权利要求1所述的一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，所述含有离域大π键的金属有机化合物选自金属酞菁、金属卟啉中的一种。


3.根据权利要求2所述的一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，所述金属酞菁为铁酞菁、铜酞菁、钴酞菁中的至少一种。


4.根据权利要求2所述的一种提高全氟磺酸膜抗氧化化学稳定性的方法，其特征在于，所述金属卟啉为铁卟啉、铜卟啉、钴卟啉、镁卟啉中的至少一种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：田文迪，王永霞，田丙伦，傅婧，乔锦丽，
申请(专利权)人：上海博暄能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31