[发明专利]一种燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：取木质素、二乙醚和蒸馏水混合，在温度90‑110℃下，以速率150‑200r/min搅拌反应1‑3h；将上述溶液温度降至40‑50℃，接着通入以2ml/min氯气，持续反应10‑20min；随后加入对甲基苯磺酸，升高温度至60‑80℃，以速率200‑300r/min搅拌反应30‑50min，蒸馏后得产物；将蒸馏产物加入全氟磺酸类质子交换膜的铸膜液中；在温度50‑60℃下超声处理使其均匀，得混合液；将混合液铸于模具中，并置于120‑140℃的烘箱中，再抽真空并保持8‑20h，得到复合质子交换膜；随后依次经双氧水溶液20‑30min和20％的硫酸浸泡30‑40min，即得到燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，特别涉及一种燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池以其高转化率和无污染等优异特点，现已成为内燃机动力领域最具竞争力的取代动力源。尤其是其中被称为第六代燃料电池的直接甲醇燃料电池，更是吸引了工业界和学术界等多个方面的极大关注。质子交换膜是其核心部件之一，它负责为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔燃料。因而，其综合性能对于开发高性能的直接甲醇燃料电池来说至关重要。一张理想的质子交换膜，应该只允许(水合)质子在其膜基体中迁移运输，并同时有效地阻止燃料的渗透。但事实上，(水合)质子和燃料在质子交换膜基体内的迁移路径几乎都是由亲水性离子簇形成的贯穿通道。因此，要想获得一张质子传导率高、同时甲醇渗透率低的质子交换膜，实际操作中一直非常困难，这极大地限制了其实际应用。虽然研究人员开发了多种有机、无机改性的手段，但操作过程一般都较为复杂，不利于规模化、工业化生产，而且改性手段并不廉价。现今投入商业化生产和应用的质子交换膜大多是含氟类的高分子质子交换膜，该类质子交换膜具有较好的质子电导性和力学性能，但也存在生产成本高，生产工艺复杂，不耐高温，使用寿命较短，污染环境严重等重要缺陷。

发明内容

针对上述现有技术中上述不足，本发明的目的是提供一种燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜的制备方法，以降低成本、降低环境污染，提高离子交换膜性能。

为实现本发明目的技术方案如下：

一种燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

S1：取40-60份木质素、25-30份二乙醚和70-80份蒸馏水混合，在温度90-110℃下，以速率150-200r/min搅拌反应1-3h；

S2：将步骤S1所得溶液温度降至40-50℃，接着通入以2ml/min氯气，持续反应10-20min；随后加入10-20份对甲基苯磺酸，升高温度至60-80℃，以速率200-300r/min搅拌反应30-50min，蒸馏后得产物；

S3：将步骤S2所得蒸馏产物加入全氟磺酸类质子交换膜的铸膜液中，其中，蒸馏产物占比为30-60％；在温度50-60℃下超声处理使其均匀，得混合液；

S4：将步骤S3所得混合液铸于模具中，并置于120-140℃的烘箱中，再抽真空并保持8-20h，得到复合质子交换膜；

S5：将步骤S4中所述复合质子交换膜依次经双氧水溶液浸泡20-30min和20％的硫酸浸泡30-40min，即得到燃料电池用改性全氟磺酸类质子交换膜。

优选的，步骤S1中取50份木质素、28份二乙醚和75份蒸馏水混合，在温度100℃下，以速率180r/min搅拌反应2.5h。

优选的，步骤S2中所述将步骤S1所得溶液温度降至45℃，持续反应16min；随后加入12份对甲基苯磺酸，升高温度至68℃，以速率250r/min搅拌反应45min。

优选的，步骤S3中所述蒸馏产物占比为55％；在温度55℃下超声处理。