[发明专利]一种用于燃料电池的碱性阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池的碱性离子交换膜，其特征在于：所述碱性离子交换膜是一种具有多层结构的复合膜，复合膜的结构由表及里，包含里层膜、以及直接与燃料电池的燃料接触的外层膜；外层膜不含有催化活性物质，里层膜为单层或多层且含有一种或多种催化活性物质。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜，其特征在于：

所述外层膜为PVA-AER膜；

所述PVA-AER膜以聚乙烯醇为基体、AER碱性树脂为化学活性基团，两者交联反应形成的；

所述里层膜为：在所述PVA-AER膜的基础上进行催化活性物质添加形成。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜，其特征在于：所述催化活性物质为过渡金属、过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物。

4.根据权利要求3所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜，其特征在于：过渡金属为Co、Ni或Pt；过渡金属氧化物为Co₃O₄或NiO₂；过渡金属氢氧化物为NiOOH或CoOOH。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将聚乙烯醇粉末溶于去离子水中，加热并搅拌，获得PVA凝胶；将AER碱性树脂细粉加入到PVA凝胶中，两者进行交联反应，获得PVA-AER凝胶；将PVA-AER凝胶涂覆在基板上形成PVA-AER膜；其中步骤1)形成所述PVA-AER膜的厚度大于步骤2)催化活性物质添加的扩散深度；

2)在PVA-AER膜的表层添加催化活性物质；使得PVA-AER膜的表层含有一定浓度催化活性物质，该含有催化活性物质的表层即为所述碱性离子交换膜的里层膜，而在靠近基板一面的PVA-AER膜构成所述碱性离子交换膜的外层膜；

3)将步骤1)中的PVA-AER凝胶涂覆在所述里层膜上形成所述碱性离子交换膜的另一面的外层膜，并于室温晾干，制得所述的碱性离子交换膜。

6.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜的制备方法，其特征在于，在执行步骤3)前，重复步骤1)及2)，同时：

重复步骤1)时，形成的所述PVA-AER膜的厚度小于或等于步骤2)催化活性物质添加的深度；

重复步骤2)时采用不同的催化活性物质或同一催化活性物质的不同浓度；形成含有多种催化活性物质或多种浓度结构的多层里层膜。

7.根据权利要求5或6所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述催化活性物质为过渡金属、过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物；过渡金属为Co、Ni或Pt；过渡金属氧化物为Co₃O₄或NiO₂；过渡金属氢氧化物为NiOOH或CoOOH。

8.根据权利要求5所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤2)在PVA-AER膜的表层添加催化活性物质的方法采用激光脉冲沉积法、磁控溅射法、电子束蒸发法。

9.根据权利要求8所述的一种用于燃料电池的碱性离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤2)PVA-AER膜的表层添加催化活性物质的方法采用激光脉冲沉积法，具体步骤包括：

A)将表面涂覆了PVA-AER膜的基板放入一个密闭腔体，该腔体内置一个透光窗口和一块靶材，膜放置于靶材上方且面对靶材，膜与靶材的距离为10～100mm；放置基板的机构具有旋转功能，旋转速度为1～100rpm；所述靶材为所要添加的催化活性物质制作的靶；

B)将腔体抽真空至10^-2Pa以上之后充氩气，随后使用脉冲激光器发射激光束并透过窗口击中靶材，从靶材中溅射出高能粒子并飞向膜；单脉冲激光能量500～5000mJ，平均功率50W，脉冲宽度20～100ns，波长248nm；

C)溅射1～100min后关闭激光，打开腔室，完成了在里层膜内添加催化活性物质的步骤。