【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于质子交换膜燃料电池，尤其是涉及一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜及其制备方法与应用。
技术介绍
1、当今社会，能源短缺和环境污染日益加剧，氢能等可再生清洁能源成为人们关注的焦点。其中，质子交换膜燃料电池是一种将氢的化学能直接转化为电能的能源转化装置。质子交换膜燃料电池具有启动快、运行温度适中、输出功率稳定，且电堆组装和维护非常方便、寿命长、无污染等优势，尤其在交通运输领域具有极大的应用潜力，被视为未来燃料电池发展的绝对主流。质子交换膜燃料电池采用氢气(h2)作为燃料气，水基酸性聚合物(全氟磺酸聚合物)作为电解质，贵金属铂(碳载铂)作为催化剂，能源转换效率可以达到60％。尽管全氟磺酸质子交换膜具有较多优势，但由于在燃料电池运行过程中，会产生大量自由基，全氟磺酸质子交换膜会发生显著的化学降解。因此，改良全氟磺酸质子交换膜，提高其化学耐久性和质子传导率具有重要意义。
2、中国专利cn114388857a公开一种高耐久性杨梅素螯合铈离子复合质子交换膜的制备方法，杨梅素铈配合物加入到聚合物树脂溶液中得到质子交换膜。然而，杨梅素铈配合物作为一种添加物只起到了提高质子交换膜化学耐久性的作用，并未有效提高其电导率。因此，仍需对全氟磺酸质子交换膜进行改性以提高其在燃料电池中的应用效果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提高质子交换膜的化学耐久性和导电率而提供一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜及其制备方法与应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术
3、一种复合质子交换膜，包括全氟磺酸树脂和分散于全氟磺酸树脂中的金雀异黄酮锰配合物，所述金雀异黄酮锰配合物与全氟磺酸树脂的质量比为1:(20-100)，优选为1:(32-80)，更优选的为1:(40-80)。
4、进一步地，所述复合质子交换膜的厚度为8-30μm，优选为10-20μm，更优选的为15μm。
5、本专利技术还提供一种复合质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：
6、s1：制备全氟磺酸溶液：将全氟磺酸树脂分散于混合溶剂中，搅拌得到全氟磺酸溶液；
7、s2：制备金雀异黄酮锰配合物：将金雀异黄酮和锰盐混合后，加热、离心、干燥得到金雀异黄酮锰配合物；
8、s3：制备复合质子交换膜：将步骤s2得到的金雀异黄酮锰配合物加入步骤s1得到的全氟磺酸溶液中，搅拌、超声、固化得到复合质子交换膜。
9、进一步地，步骤s1中，所述混合溶剂包括异丙醇、水和n,n-二甲基苯胺。更进一步地，所述异丙醇、水和n,n-二甲基苯胺的质量比为5:5:(0.8-1.2)，优选为5:5:1。
10、进一步地，步骤s1中，所述全氟磺酸树脂占全氟磺酸溶液总质量的0.5-30％，优选为15-30％，更优选的为26.7％。
11、进一步地，步骤s1中，所述搅拌的时间为6-24h，优选为12-24h。
12、进一步地，步骤s1中，所述搅拌的转速为300-500rpm，优选为350-450rpm，更优选的为450rpm。
13、进一步地，步骤s2中，所述锰盐要求溶于水，且能产生锰离子。
14、更进一步地，所述锰盐包括硝酸锰四水合物、醋酸锰四水合物和硫酸锰四水合物中的一种或多种，优选为硝酸锰四水合物。
15、进一步地，步骤s2中，所述金雀异黄酮和锰盐的摩尔比为(1-2):1，优选为1:1。更进一步地，金雀异黄酮和锰盐混合于50wt％的乙醇溶液中。
16、进一步地，步骤s2中，所述加热的温度为60-80℃，优选为60-70℃。
17、进一步地，步骤s2中，所述加热的时间为6-12h，优选为9-12h。
18、进一步地，步骤s2中，所述离心的转速为8000-12000rpm，优选为8000-10000rpm。
19、进一步地，步骤s2中，所述离心的时间为10-30min，优选为10-20min。
20、进一步地，步骤s2中，所述干燥的温度为60-80℃，优选为60-70℃。
21、进一步地，步骤s2中，所述干燥的时间为1-3h，优选为2h。
22、进一步地，步骤s3中，所述搅拌的时间为8-16h，优选为12h。
23、进一步地，步骤s3中，所述搅拌的转速为300-500rpm，优选为400rpm。
24、进一步地，步骤s3中，所述超声的时间为20-60min，优选为30-60min。
25、进一步地，步骤s3中，所述固化的具体方法包括刮涂、干燥、退火。
26、进一步地，所述刮涂的涂膜速度为100-200mm/s，优选为100-160mm/s。
27、进一步地，所述干燥的温度为60-100℃，优选为70-100℃。
28、进一步地，所述干燥的时间为1-2h。
29、进一步地，所述退火的温度为120-160℃，优选为120-140℃。
30、进一步地，所述退火的时间为1-2h。
31、本专利技术还提供一种复合质子交换膜在制作燃料电池中的应用。
32、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
33、(1)本专利技术提供一种高耐久性、高电导率的复合质子交换膜，该复合质子交换膜仅需将全氟磺酸树脂与金雀异黄酮锰配合物共混制得，并充分利用了二者的抗氧化作用，提高了质子交换膜的化学耐久性和导电率。
34、(2)本专利技术复合质子交换膜中的金雀异黄酮锰配合物具有良好的清除自由基性能，金雀异黄酮来源于天然植物，具有抗氧化作用，并且几乎不溶于水，不容易从膜中迁出对膜造成破坏。金属mn离子具有分解h2o2的能力，两者共同作用，提高了燃料电池质子交换膜的化学耐久性。
35、(3)本专利技术中的金雀异黄酮锰配合物，具有较好的化学稳定性，且适量的掺杂有利于形成位阻小的质子传输通道，从而提升膜的质子传导率。
36、(4)本专利技术的制备方法简单，仅需将全氟磺酸树脂与金雀异黄酮锰配合物共混即可制得，并且金雀异黄酮锰配合物合成步骤简洁，方法简单，为工业化的大批量制备打下坚实基础。
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1.一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜，其特征在于，包括全氟磺酸树脂和分散于全氟磺酸树脂中的金雀异黄酮锰配合物；
2.根据权利要求1所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜，其特征在于，所述复合质子交换膜的厚度为8-30μm。
3.一种如权利要求1所述的高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合溶剂包括异丙醇、水和N,N-二甲基苯胺，异丙醇、水和N,N-二甲基苯胺的质量比为5:5:(0.8-1.2)；
5.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的时间为6-24h，搅拌的转速为300-500rpm。
6.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述锰盐包括硝酸锰四水合物、醋酸锰四水合物和硫酸锰四水合物中的一种或多种；
7.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率
8.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌的时间为8-16h，搅拌的转速为300-500rpm；
9.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述固化的具体方法包括刮涂、干燥、退火；
10.一种如权利要求1所述的高耐久性，高电导率复合质子交换膜在制作燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜，其特征在于，包括全氟磺酸树脂和分散于全氟磺酸树脂中的金雀异黄酮锰配合物；
2.根据权利要求1所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜，其特征在于，所述复合质子交换膜的厚度为8-30μm。
3.一种如权利要求1所述的高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述混合溶剂包括异丙醇、水和n,n-二甲基苯胺，异丙醇、水和n,n-二甲基苯胺的质量比为5:5:(0.8-1.2)；
5.根据权利要求3所述的一种高耐久性，高电导率复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述搅拌的时间为6-24h，搅拌的转速为300-500rpm。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：裴素朋，徐晓钧，刘贵鹏，刘高崇，王志辉，张英格，马佳璐，徐慧宇，阳凤，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：
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