[发明专利]磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜及其制备方法

说明书

提供了一种制备磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜的方法，所述离子复合膜以膨体聚四氟乙烯微孔薄膜作为基膜，所述方法包括将所述基膜浸润到磺化石墨烯全氟磺酸树脂溶液的步骤。与现有技术相比，磺化石墨烯的掺杂有效的阻止了钒离子的渗透而造成的自放电；同时，复合膜的电导率较Nafion膜有了较大提升，随着温度的提高其提升效果更佳显著。本发明的膜与磺化石墨烯改性前质子交换膜相比，最大功率提高了80％。

技术领域

本发明属于功能高分子膜材料技术领域，涉及一种离子复合膜及其制备方法，更具体地，涉及一种磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜及其制备方法。

背景技术

全氟磺酸离子交换膜(PFSIEM)是以聚四氟乙烯结构为骨架，末端带有磺酸根的烯醚结构为侧链的全氟聚合物，它具有良好的化学稳定性、热稳定性和导电率，是很好的离子交换载体，因而PFSIEM已广泛用于氯碱离子膜、燃料电池隔膜及各种电解制备装置中；全氟磺酸离子交换树脂及其离子膜在电渗析、化学催化、气体分离、气体干燥、污水处理、海水淡化等方面也有着其它材料不可比拟的优势。美国杜邦公司的Nafion系列全氟离子交换树脂及其离子膜已经得到广泛应用，但是它也存在不足，全氟磺酸树脂膜在水中有很大的溶胀度，因此在电池组工作过程中，膜在干、湿交替变化情况下会形成很大的应力，几千次循环可能导致膜的结构破坏；而且全氟磺酸离子交换膜在液流电池的应用中，由于离子渗透率较大，降低了液流电池的效率和容量；此外，全氟磺酸树脂成本高昂，这些都成为PEMFC应用的主要制约因素。

中科院大连化物所在专利CN 1416186A中采用溶液浇铸法在多孔性聚四氟乙烯的表面滴加含有高沸点有机溶剂的全氟磺酸树脂溶液，经干燥制得全氟磺酸复合质子交换膜。虽然该法能够得到致密性好，强度高的复合膜，但是该法很难得到面积大的复合膜，很难实现复合膜的批量生产。Gore公司的专利CN 1134288C中，采用在5％全氟磺酸树脂溶液中加入一定量的非离子表面活性剂(Triton X-100，辛基酚聚乙氧基乙醇)来增强溶液的润湿性，将混合溶液用刷子刷到20微米厚的聚四氟乙烯膨胀体上，于140℃处理后把复合膜浸泡在异丙醇中除去膜内Triton X-100，该复合膜是透明的，膜中的Nafion树脂完全把PTFE中的孔堵住。但是，该法工序复杂，操作繁琐。专利WO 00/78850A1中介绍了一种新方法，在5％的Nafion溶液中加入500CM2电极，给电极施加50伏电压，然后让孔径为1.5微米的聚四氟乙烯多孔通过二个电极之间的电场，溶液中的全氟磺酸树脂就会在电场的作用下运动，把PTFE的膜孔堵住。虽然该法能够实现PTFE多孔膜的连续化生产，但该法很难制得致密性好的复合膜。

因此，进行全氟磺酸离子交换膜改性，开发综合性能优异的电池隔膜，降低电池隔膜的成本，是目前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种制备磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜的方法。本发明的目的之二在于提供一种根据上述制备方法得到的磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜。

发明人发现，使用多孔聚四氟乙烯(ePTFE)增强的复合膜取代纯全氟磺酸树脂膜，不仅降低了膜的溶胀性，而且可以大幅度提高膜的强度，并且大大降低了膜的成本；用磺化石墨烯对全氟磺酸树脂进行改性，降低了离子的渗透，提高膜的导电率和电化学性，提高了膜的电池性能，延长了膜的使用寿命。本发明的磺化石墨烯改性的全氟磺酸离子复合膜可用于制备锂电池、钒电池、燃料电池及氯碱电解槽隔膜等的离子交换膜。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种制备磺化石墨烯改性全氟磺酸离子复合膜的方法，所述离子复合膜以膨体聚四氟乙烯微孔薄膜作为基膜，其特征在于，所述方法包括将所述基膜浸润到磺化石墨烯全氟磺酸树脂溶液的步骤C。