[发明专利]燃料电池用酸碱复合型质子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子化学和质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用酸碱复合型质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的“心脏”，与一般化学电源中的隔膜不同，它不仅可以隔离燃料和氧化剂，防止它们直接发生反应，而且起着电解质的作用。

公开号为CN101215402A的中国专利，公开了一种酸碱复合聚合物质子导电膜及其制备方法，该质子导电膜是将含氮杂环碱性聚合物的单体和酸性聚合物通过原位聚合的方法制备得到的，所述的含氮杂环碱性聚合物为聚1-乙烯基咪唑、聚4-乙烯基咪唑、聚1-乙烯基吡啶或聚4-乙烯基吡啶，所述的酸性聚合物为聚丙烯酸，所得到导电膜的质子传导率可达到10^-3S/cm。由于该酸碱复合型质子导电膜的质子传导率较低，从而影响导电膜的稳定性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种燃料电池用酸碱复合型质子交换膜及其制备方法，该复合膜具有较高的质子传导率和较低的甲醇渗透系数，并且具有良好的尺寸稳定性和机械性能，同时，该制备方法工艺简单、成本低。

本发明首先提供一种燃料电池用酸碱复合型质子交换膜，该质子交换膜按重量百分比包括如下组分：

含有羧基的磺化聚芳醚酮砜：50～90%；

含有氨基的磺化聚芳醚酮砜：10～50%；

所述的含羧基的磺化聚芳醚酮砜和含氨基的磺化聚芳醚酮砜，结构式分别如式Ⅰ和式Ⅱ所示：

其中，m、n、p、q为重复单元数，m、n、p、q为≥1的整数。

本发明还提供一种燃料电池用酸碱复合型质子交换膜的制备方法，包括如下：

步骤一：分别将含羧基的磺化聚芳醚酮砜和含氨基的磺化聚芳醚酮砜溶于溶剂中，然后将两者混合，得到混合溶液；

步骤二：将步骤一得到的混合溶液搅拌6～12小时，得到成膜液，所述的成膜液中含羧基的磺化聚芳醚酮砜和含氨基的磺化聚芳醚酮砜重量百分比为（50～90%）：（10～50%）；

步骤三：将步骤二得到的成膜液采用流延法延流成膜，即得到燃料电池用酸碱复合型质子交换膜。

优选的是，所述的含羧基的磺化聚芳醚酮砜制备方法为：氮气保护下，在三口瓶中加入amol 4,4’-二氟二苯酮，（1-a）mol 4,4’-磺化二氯二苯砜，bmol 含羧基的双酚单体，（1-b）mol双酚单体，混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂，120～140℃带水回流4～5小时后放出带水剂，温度升至180～195℃，继续反应20～30小时，得到含羧基的磺化聚芳醚酮砜，其中a=0.1～0.9，b=0.1～1.0，所述的含羧基的双酚单体为4-羧基苯基对苯二酚。

优选的是，所述的含氨基的磺化聚芳醚酮砜制备方法为：氮气保护下，在三口瓶中加入cmol 4,4’-二氟二苯酮，（1-c）mol 4,4’-磺化二氯二苯砜，dmol 含氨基的双酚单体，（1-d）mol双酚单体，混合均匀后加入成盐剂、带水剂和溶剂，120～140℃带水回流4～5小时后放出带水剂，温度升至160～180℃，继续反应20～30小时，得到含氨基的磺化聚芳醚酮砜，其中c=0.1～0.9,d=0.1～1.0，所述的含氨基的双酚单体为4-氨基苯基对苯二酚。

优选的是，所述的双酚单体为双酚A、双酚S、六氟双酚A、酚酞、四甲基联苯二酚或叔丁基对苯二酚。

优选的是，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）或二甲基亚砜（DMSO）中的一种。

优选的是，所述的带水剂为甲苯。

本发明的有益效果