[发明专利]一种燃料电池用无机复合金属氧化物掺杂的含氟质子交换膜

权利要求书

1.一种燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，包括含氟离子交换树脂和无机复合金 属氧化物粒子，其中，以含氟离子交换树脂为基质，无机复合金属氧化物粒子均匀分散填充 在基质中，无机复合金属氧化物粒子为含氟离子交换树脂质量的0.05～3％，膜厚度为20-50 微米，所述无机复合金属氧化物粒子为无机氧化物掺杂的氧化铈：M_xCe_1-xO₂，0＜x＜1，其中 M选自La、Mn、Nd、Pr、Y、Zn、W、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、Ru、 Rh、Pd、Ta、Re、Tr、Pt中的一种或几种；

制备步骤为：

(1)将表面活性剂加入到醇-水溶液中充分搅拌混合，配制质量浓度为0.3～10wt％的表 面活性剂溶液；将粒径10～100nm的无机复合金属氧化物粒子超细粉体经过真空干燥后分散 于其中，室温超声处理30～90分钟得到混合溶液A；

(2)将热塑性树脂溶于有机溶剂，制备质量浓度为1-15wt％的溶液B，然后将步骤(1) 的溶液A加入到溶液B中，无机复合金属氧化物粒子与热塑性树脂的质量比为0.5∶1～1∶1， 得到混合溶液C；在30～60℃温度下对溶液C超声处理30～～180分钟充分混合，将沉淀物过 滤、洗涤，而后在70～80℃真空烘箱干燥，得经过热塑性树脂表面修饰的无机复合金属氧化 物；

所用热塑性树脂选自：聚砜酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯并咪唑、聚酰亚胺树脂、聚 苯乙烯、聚醚酮树脂、聚偏氯乙烯中的一种或几种，或其中任意一种的磺化树脂或全氟磺酸 树脂；

(3)将经热塑性树脂修饰的无机复合金属氧化物粒子分散于5-15wt％含氟离子交换树 脂溶液中，其中无机复合金属氧化物粒子是含氟离子交换树脂质量的0.05～3wt％；该混合物 经高速混合后，采用涂布法、喷涂法、浇注法、丝网印刷法、挤出法或热压法成膜工艺制备 电解质膜。

2.如权利要求1所述燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，其特征在于所述含氟离 子交换树脂为具有磺酸基团的全氟磺酸树脂，其离子交换容量为0.5～1.6mmol/g。

3.如权利要求1所述燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，其特征在于所述无机复 合金属氧化物粒子为无机金属氧化物掺杂的氧化铈：M_xCe_1-xO₂，0＜x＜1，其中M选自La、 Mn或Nd。

4.如权利要求1所述燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中 所用表面活性剂选自：十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基磺酸钠，聚乙二醇中的一种或几种； 所用醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙二醇中的一种或几种。

5.如权利要求1所述燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中 所用有机溶剂选自二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷 酮、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合。

6.如权利要求1所述燃料电池用含氟质子交换膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中 含氟离子交换树脂溶液是全氟磺酸树脂的醇水混合溶液，其中醇选自乙醇、丙醇或异丙醇。