燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术提供的高温质子交换膜的基体由酸化的有机聚合物和均匀分散在聚合物基体中的纳米无机粒子构成，且无机粒子表面包覆有对质子有溶剂化能力的聚合物；其中，酸化的有机聚合物作为质子给体，无机粒子表面包覆有醚氧基团的聚合物对质子产生溶剂化作用，产生自由质子，以及酸化有机聚合物与醚氧聚合物包覆的无机粒子互不相溶，所形成的相界面为质子传输提供便捷通道。这种燃料电池用高温质子交换膜在高温条件下不依赖于水的存在而具有较高质子电导率，优良阻醇性能、机械性能，且成本低廉，为燃料电池领域提供了一种具工业实用性的质子交换膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池用高温质子交换膜及其制备方法，属于燃料电池

技术介绍
燃料电池是一种将存储在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。与常规电池的不同之处在于：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。燃料电池几乎不产生NOx和SOx的排放。而且，CO2的排放量也比常规发电厂减少40％以上。同时还具有启动快、电池寿命长、比功率、比能量高等优点，以上这些特点决定了它在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源、便携式电子产品及交通工具用电源等方面有广阔的应用前景。近年来关于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的研究集中在与高温PEMFCs相关的各个领域。在燃料电池中质子交换膜既作为电解质提供氢离子传输的通道，又作为隔膜起到隔离两个电极反应气体的作用。质子交换膜(PEMs)是PEMFCs的重要组成部分，然而现有PEMs的性能均未能达到在高温条件下商业化应用的程度。杜邦的Nafion？膜具有很高的质子电导率，较好的化学稳定性和机械性能，是目前应用最广泛的质子交换膜。然而，当燃料电池的运行温度高于100℃时，Nafion？膜失水导致了质子交换膜电导率下降。本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃料电池用高温质子交换膜，其特征在于：高温质子交换膜的基体是由酸化的有机聚合物和均匀分散在聚合物基体中的无机纳米粒子构成，且无机纳米粒子表面包覆具有对质子有溶解能力或溶剂化作用的聚合物；其中，酸化的有机聚合物作为质子给体，所述无机纳米粒子表面包覆的具有对质子有溶解能力或溶剂化作用的聚合物在酸化的聚合物体相内形成连续贯通的结构，为质子交换膜提供质子传输的通道；其中所述无机纳米粒子为纳米级的ＳｉＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］、ＺｒＯ↓［２］或Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］；所述具有对 质子有溶剂化能力的聚合物选自具有醚氧键重复单元的聚合物或聚吡唑、聚咪唑、聚苯并咪唑等本身具有质子传导性质的聚合物...

【技术特征摘要】
1.燃料电池用高温质子交换膜，其特征在于：高温质子交换膜的基体是由酸化的有机聚合物和均匀分散在聚合物基体中的无机纳米粒子构成，且无机纳米粒子表面包覆具有对质子有溶解能力或溶剂化作用的聚合物；其中，酸化的有机聚合物作为质子给体，所述无机纳米粒子表面包覆的具有对质子有溶解能力或溶剂化作用的聚合物在酸化的聚合物体相内形成连续贯通的结构，为质子交换膜提供质子传输的通道；其中所述无机纳米粒子为纳米级的SiO2、TiO2、ZrO2或Al2O3；所述具有对质子有溶剂化能力的聚合物选自具有醚氧键重复单元的聚合物或聚吡唑、聚咪唑、聚苯并咪唑等本身具有质子传导性质的聚合物；无机纳米粒子包覆量在20％-50％之间；所述酸化的有机聚合物是指聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇或聚酰亚胺与偏磷酸、亚磷酸、焦磷酸、正磷酸、硫酸、焦硫酸或者硼酸反应而得；高温质子交换膜中酸化的有机聚合物、表面包覆具有对质子有溶剂化能力的聚合物的无机纳米粒子所占高温质子交换膜的质量百分数范围分别是32.0％～66.1％、33.9％～68.0％。2.根据权利要求1所述燃料电池用高温质子交换膜，其特征在于：所述无机粒子为纳米SiO2，所述无机粒子表面包覆的具有醚氧键重复单元的聚合物为形式的聚合物，其中n为大于等于1的自然数，R1和R2为相同或者不同的取代基团，包括H、OH、-CH2OH、ph-OH、-COOH、-OCH3、-OCH2CH3、-CO-OCH3、-CO-OCH2CH3、-NH2、-SH。3.根据权利要求2所述的燃料电池用高温质子交换膜，其特征在于：无机粒子表面包覆的具有醚氧键重复单元的聚合物为聚氧化乙烯，聚氧化丙稀，聚乙二醇或聚乙二醇的酯类或醚类衍生物。4.根据权利要求3所述的燃料电池用高温质子交换膜，其特征在于：所述酸化的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘中来，邓正华，马志刚，高建东，李仁贵，邓佳闽，王璐，索继栓，
申请(专利权)人：成都中科来方能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]