一种纤维增强高温质子交换膜及制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种利用聚合物作为增强纤维穿插于膜中的高温质子交换膜及其制备方法。利用高压静电将分别来自两个纺丝管的含苄基卤素的杂环芳香聚合物和作为增强纤维的聚合物分别制备成纤维，并在同一接收辊上同时接收两种纤维，形成两种纤维互相交织的复合纤维毡。该复合纤维毡经过溶剂蒸汽处理后形成一种具有纤维增强结构的致密复合纤维膜，进一步将含苄基卤素的杂环芳香聚合物和亲核试剂反应得到碱性聚合物，经浸酸处理得到一种具有纤维增强结构的纤维增强高温质子交换膜。本发明专利技术提供的方法适用于制备多种复合纤维膜，其制备方法简单，效果显著，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强高温质子交换膜及制备和应用
本专利技术涉及耐高温质子交换膜，本专利技术还涉及一种将聚合物增强纤维均匀分布在膜中的方法。
技术介绍
燃料电池中电荷从产生他们的电极移动到消耗他们的电极使整个电路完整，而电荷传输的驱动力主要来源于电势梯度，这将导致燃料电池产生电压损失。质子交换膜燃料电池中电荷传输主要是以两种形式：电子和质子。质子的质量远大于电子，因此质子的传输远比电子电荷的传输困难，相较于质子传输造成的电压损失，电子传输造成的电压损失可以被忽略。质子传输造成的电压损失符合欧姆定律，也称为欧姆损失。由欧姆定律可知，燃料电池的电压损失与工作电流和欧姆内阻成正比关系。即ηohmic＝i·Rohmic(1.1)将电流密度公式带入式1.1可以重写为ηohmic＝j·A·Rohmic(1.2)忽略电子传输的欧姆阻抗，将电解质膜内阻公式带入式1.2可以重写为ηohmic＝j·A·(L/Aσ)＝j·L/σ(1.3)其中L/σ为面积归一化的电阻，即为面积比电阻(ASR)。从式1.3可以看出，在给定电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：/n所述纤维增强高温质子交换膜以由含苄基卤素的杂环芳香聚合物进行全部或部分卤素的含氮和/或者含膦基团取代制备得到的碱性聚合物为膜主体，增强纤维和掺杂的磷酸与水分散于碱性聚合物构成的膜中；/n所述碱性聚合物构成的膜为一连续、厚度均匀、透明的薄膜；所述增强纤维于高温质子交换膜中均匀分布，形成一个纤维网络。/n

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：
所述纤维增强高温质子交换膜以由含苄基卤素的杂环芳香聚合物进行全部或部分卤素的含氮和/或者含膦基团取代制备得到的碱性聚合物为膜主体，增强纤维和掺杂的磷酸与水分散于碱性聚合物构成的膜中；
所述碱性聚合物构成的膜为一连续、厚度均匀、透明的薄膜；所述增强纤维于高温质子交换膜中均匀分布，形成一个纤维网络。


2.按照权利要求1所述纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：所述的含苄基卤素杂环芳香聚合物的结构如式Ⅰ所示中的一种或二种以上：
式Ⅰ：
其中，R1，R3和R4分别为以下结构中的一种或二种以上：



其中，R2为以下结构中的一种或二种以上：



式I中X为Cl、Br或I中的一种或二种以上,X1、X2、X3、X4、X5、X6和X7分别为H，CH3，CH2X或CHX2中的一种或二种以上；其中，m为正整数，n、p为自然数；于式I中X-PPE聚合物中(m+n)大于等于100，小于等于100000；于式I中下方的X-sPAE和X-PAE聚合物中(m+n+p)分别大于等于100，小于等于100000；且(m+p)/(m+n+p)置于50-100％之间。


3.按照权利要求1所述纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：
所述的碱性聚合物是由含苄基卤素的杂环芳香聚合物和亲核试剂反应制备得到的；其中苄基卤素的取代率为80-100％，优选90-100％；
所述亲核试剂为含氮杂环或者含膦杂环中的一种或两种以上；所述含氮杂环或者含膦杂环为脂肪胺、咪唑、吡啶或哌嗪中的一种或两种以上。


4.按照权利要求1所述纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：
所述碱性聚合物于质子交换膜中的质量分数为10-30wt％；所述增强纤维于高温质子交换膜中的质量分数0.1-25wt％；其余为70-95wt％的磷酸水溶液。
优选情况为，所述碱性聚合物于质子交换膜中的质量分数为14-25wt％；增强纤维于质子交换膜中的质量分数为1-6wt％；其余为70-95wt％的磷酸水溶液。


5.按照权利要求1所述纤维增强高温质子交换膜，其特征在于：
所述增强纤维为聚偏氟乙烯、聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚酰亚胺中的一种或两种以上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，马文佳，孙公权，
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