混合型全氟质子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子功能膜材料领域，提供一种混合型全氟质子交换膜及其制备方法。本发明专利技术所提供的混合型全氟质子交换膜含有膦酸结构单元、磺酸结构单元和杂环结构单元，克服现有质子交换膜存在的在高温条件下具有低质子传导性的问题，并且在高温条件下具有更高的结构稳定性和良好的机械性能。另一方面，能够改善质子膜内部结构，促进水分子在膜中的传导速率，进一步提高含氟离子膜的质子传导性。所述混合型全氟质子交换膜树脂具有以下结构：混合型全氟质子交换膜树脂具有以下结构：混合型全氟质子交换膜树脂具有以下结构：

【技术实现步骤摘要】
混合型全氟质子交换膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能膜材料领域，涉及一种混合型全氟质子交换膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁高效的能量转换装置，能够很大程度上的解决由能源问题所引发的环境问题。其中质子交换膜作为关键的核心材料，其性能优劣关系到燃料电池的性能。
[0003]目前普遍使用的全氟磺酸质子交换膜在不高于80℃的低温和较高的湿度下具有很好的质子传导性，但是当膜在高于120℃的工作温度工作时，其质子传导率远低于10mS/cm，无法满足PEMFC的运行要求。目前燃料电池领域所使用的长侧链磺酸树脂在抗高温氧化、高温质子传导性、保水性、耐温性能等各个方面都不能满足要求，尤其是高温质子传导率和水传输方面。为了解决燃料电池在100℃以上稳定运行的难题，专利技术了磷酸掺杂芳杂环聚合物质子膜，虽然这类膜高温质子传导能力较强，但是存在低温工作效率低无法快速启动、稳定性差寿命短等缺陷。因此，目前磷酸掺杂的聚合物质子膜无法满足燃料电池实际使用的需求。
[0004]这是因为，虽然离子膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型全氟质子交换膜，其特征在于，以混合型全氟树脂为成膜基体，所述混合型全氟树脂的结构式如(I)所示，式(I)中，k为0～3的整数，f为1～4的整数，g为1～4的整数，t为0～3的整数，v为1～4的整数；a、b、c、d为1
‑
20的整数，a'、b'、c'和d'为1
‑
3的整数；x/(x+y+z+w)＝0.1
‑
0.8，y/(x+y+z+w)＝0.1
‑
0.7，z/(x+y+z+w)＝0.2
‑
0.8，w/(x+y+z+w)＝0.1
‑
0.6；R为
‑
(OCF2)
i
(CF2)
j
X，X为Cl或F，i为0～3的整数，j为0～3的整数；R1为R
f
为或者R1为R
f
为其中，m1，n1独立的为0～4的整数，m2，n2独立的为0～4的整数。2.根据权利要求1所述混合型全氟质子交换膜，其特征在于，所述混合型全氟树脂是由含氟烯烃单体、长支链磺酰氟型烯醚单体、环状磺酰氟单体、长支链膦酸酯烯醚单体及短支链膦酸酯烯醚单体共聚形成的多元前体树脂通过转型反应而得到的。3.根据权利要求1所述的混合型全氟质子交换膜，其特征在于，式(I)所述的含有膦酸结构单元和杂环结构单元的混合型全氟树脂的共聚组分中各聚合物单元所占的摩尔含量百分数为：含氟烯烃聚合物单元摩尔含量百分数为30～90％，含磺酸长支链烯醚全氟聚合物单元摩尔含量百分数为1～65％，环状磺酸聚合物单元摩尔含量百分数为1～65％，长支链膦酸酯烯醚全氟聚合物单元摩尔含量百分数为1～65％，短支链膦酸酯烯醚全氟聚合物单元摩尔含量百分数为1～65％。4.根据权利要求1所述的混合型全氟质子交换膜，其特征在于，所述的含有膦酸结构单元和杂环结构单元的混合型全氟树脂的数均分子量是20～80万，优选为20～60万；优选的，
所述混合型全氟树脂的离子交换容量为0.5～2.5mmol/g，优选0.9～2.0mmol/g。5.根据权利要求1所述的混合型全氟质子交换膜，其特征在于，所述混合型全氟质子交换膜还含有多孔纤维增强材料，所述多孔纤维增强材料在全氟质子膜中的体积占比为10％～60％，优选20％
‑
50％。所述多孔纤维增强层材料孔隙率为75％
‑
95％，优选80％
‑
95％。所述的多孔纤维增强材料克重为2～6g/m2，优选为2.5～5g/m2。6.根据权利要求5所述的混合型全氟质子交换膜，其特征在于，所述的多孔纤维增强材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯，聚全氟乙丙烯纤维(FEP)中的一种或几种。所述多孔纤维增强材料的厚度为2～50μm。多孔纤维增强材料在质子交换膜的层数为1～30层，优选为1～10层，更优选1
‑
5层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永明，张建宏，张恒，邹业成，丁涵，王丽，夏立超，刘训道，史翔，刘烽，裴素鹏，
申请(专利权)人：山东东岳未来氢能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：