一种质子交换膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高强度及高质子传导率的质子交换膜制备方法及应用。所述质子交换膜的膜材料为磺化聚合物，其中所述质子交换膜中包含磺化聚酰亚胺纳米纤维。本发明专利技术通过共混磺化聚酰亚胺纳米纤维，在增强了膜的机械强度和尺寸稳定性的同时提升了质子传导率，可用做氢燃料电池或醇类燃料电池中的质子交换膜。料电池或醇类燃料电池中的质子交换膜。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜材料领域，具体地说，是涉及一种质子交换膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]燃料电池是近些年来逐渐得到重视的发电技术，质子交换膜燃料电池是其中应用最广也是相对重要的一类燃料电池。目前商业化质子交换膜多为含氟的全氟磺酸质子膜(nafion)为主，然而这类膜在高温(>120℃)条件下会因为失水使得质子传导率急剧下降，从而限制了电池的工作效率。
[0003]非氟类质子交换膜是近些年提出的替换nafion系列质子交换膜的新方案，具有刚性主链结构的磺化聚合物如磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化聚酰亚胺等受到充分关注，然而目前非氟类质子交换膜存在的问题在于其并不像Nafion那样容易形成体系内的微相分离结构，故而形成的均质膜其内部不容易形成微相通道，亲疏水相间容易形成死区结构，造成质子传导能力的下降。为了构建通道作用，往往也会通过共混其它荷正电或弱正电结构的化合物与磺酸基形成酸碱离子对，减少高温下脱水带来质子交换的损失。
[0004]专利CN103715438A提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜，所述质子交换膜的膜材料为磺化聚合物，其中所述质子交换膜中包含磺化聚酰亚胺纳米纤维。2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于：所述磺化聚酰亚胺纳米纤维为磺化聚合物的5～50wt％，优选为10～30wt％；和/或，所述磺化聚合物的分子量大于70000，磺化程度为50％～80％，优选为60％～70％；所述磺化聚合物优选自磺化聚醚醚酮、磺化苯并咪唑、磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于所述磺化聚酰亚胺纳米纤维通过以下步骤制备：将聚酰亚胺纳米纤维膜粉碎后加入溶剂中分散得到纳米纤维分散液；将磺化聚电解质加入溶剂中得到磺化聚电解质溶液；将纳米纤维分散液与磺化聚电解质溶液混合。4.根据权利要求3所述的质子交换膜，其特征在于：所述聚酰亚胺纳米纤维膜在非质子极性溶剂中的溶胀度小于10％，优选小于5％；和/或，所述磺化聚电解质为带有磺酸基、磺酸盐基的聚合物，磺化度大于50％；所述磺化聚电解质优选为聚苯乙烯磺酸钠、磺化八苯取代倍半硅氧烷、磺化聚砜、聚醚砜中的至少一种；和/或，聚酰亚胺中亚胺基团与磺化聚电解质中磺酸基或磺酸盐基的摩尔比为(3:1)～(1:3)，优选为(2:1)～(1:2)。5.根据权利要求3所述的质子交换膜，其特征在于：纳米纤维的直径小于1000nm，优选为200nm～500nm；直径分布尺寸分布系数<2；和/或，所述溶剂为非质子极性溶剂或水；和/或，通过剪切分散得到纳米纤维分散液，其中剪切转速为5000～20000rpm，优选为8000～15000rpm，剪切时间为5min～120min，优选为20min～60min。6.根据权利要求3所述的质子交换膜，其特征在于：所述聚酰亚胺纳米纤维膜通过将二酐与二胺在非质子极性溶剂中反应得到聚酰胺酸溶液，然后通过静电纺丝将聚酰胺酸溶液制成纳米纤维膜，最后进行亚胺化处理而得，其中，二酐和二胺形成的聚合物的溶解度参数与溶剂的溶解度参数的Hansen溶解度差值Ra大于5.5，优选的Ra大于6，Ra根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培斌，李应成，崔晶，孙旭阳，刘京妮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：