【技术实现步骤摘要】
本申请涉及燃料电池领域，具体涉及纤维增强高温质子交换膜及其制备方法、燃料电池。
技术介绍
1、近年来，对非化石燃料清洁电力的需求急剧增加。燃料电池是一种可以把燃料化学能直接转成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有造成污染，排出有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
2、这一需求集中在许多技术上，如质子交换膜燃料电池。目前，质子交换膜燃料电池一般分为低温质子交换膜燃料电池(工作温度在60℃-80℃)和高温质子交换膜(工作温度120℃-160℃)两大类。
3、低温质子交换膜燃料电池一般使用含有共价键合硫酸基的含氟聚合物以及水作为电解液。目前，低温质子交换膜主要有采用杜邦公司的nafion膜和陶氏化学公司的aciplex-s膜的商用膜。由于水的损失，导致质子导电性的损失，低温质子交换膜燃料电池的工作温度被限制在了80℃左右。
4、高温质子交换膜以及相应的燃料电池与低温质子交换膜燃料电池相比，这一范围具有几个主要优点。
5、首先，高温工作环境下，质子交换膜电池组电极上的贵金属催化剂的活性增加。由于贵金属催化剂在较高温度下具有更加有效地抵抗一氧化碳“中毒”的特性，因而可以有效地简化和降低燃料电池在天然气和其他烃类燃料上烃重组以及净化的成本。
6、其次，在更高的温度下使用质子交换膜燃料电池电极还可以减少贵金属在催化剂层中的负载。
7、另外，高温质子交换膜燃料电池的
8、此外，在更高的温度下运行时，非常相似的系统通常更具有电效率。基于以上这些优点，高温质子交换膜燃料电池系统显然更具有成本效益。
9、在所述
技术介绍
部分申请的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本申请提供一种用于燃料电池的纤维增强高温质子交换膜。该种质子交换膜具有良好的电化学性能或机械完整性。
2、根据本申请一个方面，提供一种用于电化学设备的纤维增强高温质子交换膜，包括：酸性电解质；聚唑聚合物，占所述高温质子交换膜总重量的10％以上；增强纤维。
3、根据本申请一些实施例，所述聚唑聚合物占所述高温质子交换膜总重量大于15％。
4、根据本申请一些实施例，所述酸性电解质为多磷酸。
5、根据本申请一些实施例，所述聚唑聚合物包括：芳香族四氨基单体和二氨基羧酸单体聚合而成的聚合物、芳香族二羧酸单体聚合而成的聚合物、或芳香族三羧酸和四羧酸单体聚合而成的聚合物。优选地，聚唑聚合物由芳香族四氨基单体和芳香族二羧酸单体聚合而成的聚合物，可选地加入一定组分的交联剂。
6、根据本申请一些实施例，所述纤维增强高温质子交换膜中，以重量计，包括30％-55％的聚唑聚合物。
7、根据本申请一些实施例，所述高温质子交换膜还包括交联剂；所述交联剂占所述膜重量的0.06％－29％，优选地，所述交联剂占所述膜重量的0.09％－10％。
8、根据本申请一些实施例，所述增强纤维包括：碳纤维/原纤、二氧化硅纤维/原纤、氧化铝纤维/原纤、氧化锆纤维/原纤、硼纤维/原纤、碳化硅纤维/原纤、金属氮化物纤维/原纤。
9、根据本申请一些实施例，所述增强纤维占所述高温质子交换膜重量的10％或以下。
10、根据本申请一些实施例，所述碳和/或碳化硅纤维的长度小于等于两毫米；
11、所述增强纤维的直径小于等于3微米。
12、根据本申请一些实施例，所述高温质子交换膜的厚度为25-250μm。
13、根据本申请一些实施例，所述纤维增强高温质子交换膜的导质子率在0.07-0.15s/cm。
14、根据本申请一些实施例，所述纤维增强高温质子交换膜的杨氏模量在85-250兆帕。
15、根据本申请另一方面，还提供一种用于电化学设备的纤维增强高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：将聚唑单体溶解于聚磷酸中；将增强纤维分散到所述聚唑单体/聚磷酸溶液中得到分散液；将所述分散液浇铸在平面或电极上，形成液膜；将所述液膜置于空气或惰性气体氛围中加热至200-250℃，使所述液膜发生聚合反应；冷却上述发生聚合反应的液膜；将冷却后的液膜浸入浓度为85-100％的磷酸溶液中。
16、根据本申请一些实施例，冷却后的液膜浸入到浓度30％-90％的磷酸溶液的温度范围为0-100℃。
17、根据本申请一些实施例，还提供一种电化学设备，包括如上所述纤维增强高温质子交换膜。
18、本申请各个实施例的方案的应用能够得到高固体含量、高物理性能以及化学性能优异的纤维增强高温质子交换膜。这些高性能的物理特征使得本申请提供的膜能够用作密封材料膜电极组件中的质子导体。这种膜也能够承受比现有技术高的多的压差。在现有技术的膜中未发现有这些优异的性能，并且，本申请技术方案还降低了膜电极的制造成本。使用本申请的膜制成的膜电极在使用中也表现出了更明显的耐用性。
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1.一种用于电化学设备的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，包括以下成分：
2.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，还包括：交联剂0.06-29％。
3.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述交联剂为0.09％－10％。
4.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述纤维增强高温质子交换膜的厚度为90-102μm。
5.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述增强纤维选自：碳纤维/原纤、二氧化硅纤维/原纤、氧化铝纤维/原纤、氧化锆纤维/原纤、硼纤维/原纤、碳化硅纤维/原纤或金属氮化物纤维/原纤。
6.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述增强纤维的直径≤3μm。
7.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述增强纤维的长度≤2mm。
8.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述磷酸的浓度为30％-90％。
9.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交
...【技术特征摘要】
1.一种用于电化学设备的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，包括以下成分：
2.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，还包括：交联剂0.06-29％。
3.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述交联剂为0.09％－10％。
4.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述纤维增强高温质子交换膜的厚度为90-102μm。
5.根据权利要求1所述的纤维增强高温质子交换膜，其特征在于，所述增强纤维选自：碳纤维/原纤、二氧化硅纤维/原纤、氧化铝纤维/原纤、氧化锆纤维/原纤、硼纤维/原纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖丽香，陈春华，陈世明，陈爽，赵国庆，杨旗，王珉，
申请(专利权)人：坤艾新材料科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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