[发明专利]增强用于PEM应用的质子传导膜的多孔纳米纤维毡

权利要求书

1.一种制造质子传导燃料电池膜的方法，所述方法包括：

将无电荷聚合材料静电纺丝成纤维毡；

将所述纤维彼此熔合以提供熔接多孔毡；以及

用质子传导聚合物溶液填充所述熔接多孔毡，以提供用于电化学电池中的质子传导复合膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，熔合步骤包括：在纤维交点处使用溶剂熔接使所述纤维彼此交联。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，静电纺丝步骤包括：制造平均纤维直径在100-1150 nm范围内、毡厚度在10-100μm范围内、以及毡孔隙率在40-95%范围内的纤维毡。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述平均纤维直径是100-600 nm。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述聚合材料包括PVDF和PSF中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述静电纺丝步骤包括：将所述聚合材料溶解在包括DMAc的混合物溶剂中。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述静电纺丝步骤包括：选择聚合材料浓度、溶剂比、电压、喷丝头到收集器的距离以及聚合材料溶液流，以在没有熔珠或熔滴范围内生产纤维。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述聚合材料浓度是12-25%，所述溶剂比是溶剂丙酮的混合物中50-100%的溶剂，5-15kV的电压，7-15 cm的距离，以及0.1-0.3 mL/小时的流率。

9.根据权利要求2所述的方法，包括使所述纤维在三维中随机地取向的步骤。

10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多孔毡包括在40-95%范围内的孔隙率。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，熔合步骤包括：在23℃ - 150 ℃下溶剂蒸汽熔接所述纤维5分钟至两小时。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述纤维在DMF蒸汽中在大约60℃下被蒸汽熔接大约15分钟。

13.根据权利要求2所述的方法，其中，所述溶剂是二甲基乙酰胺、四甲基脲、二甲亚砜、磷酸三乙酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、磷酸三甲酯、四氢呋喃（THF）、甲基乙基酮中的任何一种或其混合物。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔毡包括相对的两侧，并且所述填充步骤包括：将所述两侧中的一侧暴露于包含具有质子传导基团的含氟聚合物的溶液中；然后将另一侧暴露于所述溶液。

15.一种质子传导燃料电池膜，包括：

随机取向的三维交联纤维网格结构，所述纤维网格结构被填充有质子传导聚合物的溶液，并且然后蒸发所述溶剂以允许所述质子传导聚合物保持在所述无电荷纤维之间的空隙空间内。

16.根据权利要求15所述的质子传导燃料电池膜，其中，增强结构包括PVDF和PSF中的至少一种。

17.根据权利要求15所述的质子传导燃料电池膜，其中，所述结构由平均纤维直径在100-1150 nm范围内的纤维来提供。

18.根据权利要求15所述的质子传导燃料电池膜，其中，所述结构的厚度在10-100μm的范围内。

19.根据权利要求15所述的质子传导燃料电池膜，其中，所述结构的孔隙率在40-95%的范围内。