[发明专利]一种燃料电池用全氟磺酸复合质子交换膜

权利要求书

1.一种全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于由全氟磺酸树脂、M型全氟磺酸树脂和多孔高分子增强材料组成，在全氟磺酸树脂膜层两侧是M型全氟磺酸树脂膜层，形成复合膜；其中全氟磺酸树脂膜层或M型全氟磺酸树脂膜层之一是用多孔高分子增强的膜层；

所述全氟磺酸树脂为具有磺酸基(-SO₃^-)的H型树脂或具有磺酰氟基(-SO₂F)的F型树脂，所述M型全氟磺酸树脂是铈或/和锰离子与全氟磺酸树脂中的磺酸基或磺酰氟基完全交换，形成铈或/和锰金属离子型全氟磺酸树脂。

2.如权利要求1所述的全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于所述作为原料的全氟磺酸树脂的当量值(EW)为600～1300g/mmol，优选为EW 700～1100g/mmol。

3.如权利要求1所述的全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于所述铈或/和锰离子来源于铈或/和锰的可溶性盐，所用铈或/和锰的可溶性盐的阴离子选自氯离子、硝酸根离子、硫酸根、磺酸根离子或乙酸根离子中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于所述铈或/和锰的可溶性盐是铈或/和锰的硫酸盐、硝酸盐，或氯化铈、氯化锰。

5.如权利要求1所述的全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于所述多孔高分子增强材料为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、聚丙烯或聚乙烯的多孔薄膜。

6.如权利要求1所述的全氟磺酸复合质子交换膜，其特征在于该复合质子交换膜厚度为20-50微米，优选30-40微米。

7.权利要求1所述的全氟磺酸树脂复合质子交换膜制备方法，步骤如下：

①将一定量铈或/和锰的可溶性盐溶于醇-水溶液中，制得铈或/和锰离子浓度为1～15wt％的溶液；

②将全氟磺酸树脂溶于有机溶剂中，制备浓度为1～15wt％的全氟磺酸树脂溶液；

③采用①所得溶液对②所得全氟磺酸树脂溶液进行滴定至pH值为7～8.0，使全氟磺酸树脂溶液的磺酸基或磺酰氟基完全转变成带铈或/和锰金属离子的形式，得到M型全氟磺酸树脂溶液；

④将③所得M型全氟磺酸树脂溶液采用流延、浸渍、喷涂或浇注工艺在多孔高分子增强材料上成膜；

⑤去除④所得产品中增强材料表面多余的M型全氟磺酸树脂溶液的，将湿膜置于真空干燥烘箱中热处理1～5分钟；此过程重复3-5次；

⑥将④或⑤所得的膜在醇水溶液或水中浸泡洗涤10～20分钟，取出膜于室温干燥后，置于130～180℃干燥烘箱中进行热处理1～20分钟，即得多孔高分子增强的M型全氟磺酸树脂质子交换膜；

⑦以全氟磺酸树脂质子交换膜为中间层，将⑥所得多孔高分子增强的M型全氟磺酸树脂质子交换膜热压于中间层的两侧，形成复合质子交换膜；或者，

将③所得M型全氟磺酸树脂醇水溶液流延、浸渍、喷涂或浇注在多孔高分子增强的全氟磺酸质子交换膜的两侧，形成复合质子交换膜；所述多孔高分子增强的全氟磺酸质子交换膜是将②所得全氟磺酸树脂溶液采用流延、浸渍、喷涂或浇注工艺在多孔高分子增强材料上成膜。

8.如权利要求1所述的全氟磺酸树脂复合质子交换膜制备方法，其特征在于步骤①所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇或异丙醇。

9.如权利要求1所述的全氟磺酸树脂复合质子交换膜制备方法，其特征在于步骤①所述醇水溶液中醇与水的体积比是1∶1。

10.如权利要求1所述的全氟磺酸树脂复合质子交换膜制备方法，其特征在于步骤②所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、二甲基亚砜、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中一种或一种以上的混合物。