【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及质子交换膜，具体而言，涉及一种质子交换膜、制备方法及其应用。
技术介绍
1、在气候变化和能源转型的背景下，质子交换膜电解水(pemwe)，被认为是解决环境污染和能源问题的重要方法之一。pemwe系统中，进入pemwe系统阳极的水被分解成氧气、质子和电子，质子通过质子交换膜进入pemwe系统阴极，电子从pemwe系统阳极流出，经过电源电路到pemwe系统阴极，在pemwe系统阴极一侧，两个质子和电子重新结合产生氢气。氢气(h2)通常需在高压下储存，而pemwe系统可以使用高压直接对氢气进行压缩传输后储存，相比于使用外部压缩机加压储存氢气，在运行期间对氢气进行加压传输储存，整体效率更高。
2、质子交换膜电解水中，质子交换膜起着传导质子、隔绝电子和阻断氢氧气等主要功能。目前，市面上应用最为广泛的用于电解水的质子交换膜主要为nafion 117及nafion115，但其厚度均较厚，为了降低生产成本，需要生产厚度较薄的质子交换膜。
3、然而，pemwe系统需在施加压力下运行，会导致质子交换膜面临着气体渗透的安全问题，即阴极的氢气在加压下会通过质子交换膜来到阳极的氧气侧，从而快速达到氢氧气体的爆炸安全裕度(体积占比为2％)，厚度较薄的质子交换膜更容易渗透气体，因此其安全问题更为显著。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种质子交换膜、制备方法及其应用，以解决现有技术中质子交换膜易渗透气体、安全风险高的问题。
2、为了实现上述目的，根
3、进一步地，树脂包括全氟磺酰氟树脂、磺化聚醚砜树脂、磺化聚苯并咪唑树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚磷腈树脂、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂和磺化三氟苯乙烯树脂的一种或多种。
4、进一步地，pt基颗粒包括pt颗粒和/或pt合金颗粒；优选地，pt合金颗粒包括ptxmy和/或ptxmyn1-x-y，其中，m、n分别独立地选自ru、pd、rh、ir、os、fe、cr、ni、co、mn、cu、ti、sn、v、ga或mo，且m、n互不相同，0.5≤x≤0.95，0.05≤y≤0.5，1-x-y≤0.45；更优选地，pt合金颗粒包括ptxcoy、ptxniy和ptxcoyni1-x-y的一种或多种；和/或pt基颗粒的粒径为70～400nm；和/或无机颗粒还包括ceo2颗粒，ceo2颗粒的粒径为20～200nm；优选地，ceo2颗粒与质子交换膜中树脂的重量比为(0.1～10):100；更优选地，无机颗粒包括以下颗粒的一种或多种：pt颗粒、pt0.9co0.1颗粒，以及pt颗粒和ceo2颗粒的混合物，混合物中pt颗粒和ceo2颗粒的质量比为(0.01～1):1。
5、进一步地，质子交换膜的厚度为20～180μm，优选为60～120μm。
6、进一步地，步骤s1中，挤出的温度为180～300℃；优选地，挤出的温度为200～280℃。
7、进一步地，步骤s2中，吹塑为单层吹塑或多层吹塑；优选地，通过挤入或风送掺杂的方式向中空层通入无机颗粒；更优选地，风送掺杂的方式为雾化风送；进一步优选地，雾化风送的雾化方式为水雾化、气雾化、等离子雾化和超声雾化的一种或多种。
8、进一步地，步骤s3中，第三中间产物的薄膜吹胀比为2.00～4.00，和/或，第三中间产物的厚度为15～160μm。
9、进一步地，步骤s4中，后处理包括：将第三中间产物依次进行碱洗、第一水洗、酸洗、第二水洗和干燥，得到质子交换膜。
10、根据本专利技术的另一方面，提供了一种质子交换膜，由上述的制备方法得到。
11、根据本专利技术的另一方面，提供了一种质子交换膜在电解水过程中的应用。
12、应用本专利技术的技术方案，质子交换膜具有一体化的表面树脂层和中间树脂层，表面树脂层位于中间树脂层两侧，中间树脂层掺杂有特定范围含量的无机颗粒；整体由压制形成的具有表面树脂层—中间树脂层—表面树脂层的“三明治”基本结构的中间产物薄膜转型制得，其中无机颗粒不易流失且与氢气的接触面广，当少量氢气渗透进质子交换膜时，均匀分散在质子交换膜中间的pt基颗粒等无机颗粒可充分与氢气接触并将氢气氧化成质子后再与电解槽中水电离产生的的氧负离子反应生成水，有利于防止氢气渗透进pemwe系统阳极的氧气侧，从而可以有效提升pemwe系统高压运行的安全性。
13、本专利技术采用熔融挤出吹塑工艺，先将树脂熔融、挤出、吹塑，得到内部中空的树脂层，再向树脂中空部位通入无机颗粒，以使无机颗粒分布于呈中空状态树脂层的内壁上，接着通过压制树脂外侧，使树脂层和无机颗粒紧密贴合，得到一定厚度的薄膜状中间产物，最后对其进行后处理，制备得到可有效防止氢气渗透、降低安全风险的质子交换膜。本专利技术的熔融挤出吹塑工艺无需预先混合且成型工艺中不需使用溶剂，绿色、环保、安全，生产效率高，可大批量制备膜，设备要求低。本专利技术方法制备得到的质子交换膜成型工艺简单、高效，成分简单，成本低。
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1.一种质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜具有一体化的表面树脂层和中间树脂层，所述表面树脂层位于所述中间树脂层两侧，所述中间树脂层掺杂有无机颗粒；其中，所述无机颗粒包括Pt基颗粒，所述Pt基颗粒与所述质子交换膜中树脂的重量比为(0.1～1):100；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，
9.一种质子交换膜，其特征在于，由权利要求1至8中任一项所述的制备方法得到。
10.权利要求9所述的质子交换膜在电解水过程中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述质子交换膜具有一体化的表面树脂层和中间树脂层，所述表面树脂层位于所述中间树脂层两侧，所述中间树脂层掺杂有无机颗粒；其中，所述无机颗粒包括pt基颗粒，所述pt基颗粒与所述质子交换膜中树脂的重量比为(0.1～1):100；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：万婷婷，杨静波，程庚，夏丰杰，刘昊，唐浩林，周明正，李道喜，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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