[发明专利]一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜及制备方法

权利要求书

1. 一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜，其特征在于，包括：纺织层、明胶微粒层、聚四氟乙烯微孔膜为网络骨架的全氟磺酸聚合物复合膜层，其中所述纺织层的厚度为50-100 μm，所述明胶微粒层的厚度为15-170 μm，所述聚四氟乙烯微孔膜为网络骨架的全氟磺酸聚合物复合膜层的厚度为100-300 μm。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜，其特征在于，所述纺织层由中空纤维构成，纤维负载有聚乙二醇，所述中空纤维为超高分子量聚乙烯中空纤维、中空碳纤维中的一种，其线径为1-5μm，比表面积为1020-3200 m²g^-1，其中聚乙二醇的负载量为10%-25%。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜，其特征在于，所述明胶微粒层由明胶均匀吸附在二氧化硅气凝胶的微孔内构成，其中明胶的负载量为35%-60%，所述二氧化硅气凝胶微粒的粒径为3-8μm，孔径为10-300 nm。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜，其特征在于，所述聚四氟乙烯微孔膜为网络骨架的全氟磺酸聚合物复合膜，所述聚四氟乙烯微孔膜的孔径为1-3μm，厚度为20-50 μm，其外包裹着氟磺酸聚合物膜，氟磺酸聚合物中含有金属铂/石墨烯微粒，其中金属铂/石墨烯微粒的粒径为10-30 nm，各组分的质量分数为30%-40%的聚四氟乙烯微孔膜、50-60%的氟磺酸聚合物、6-9%的金属铂微粒、1-4%的石墨烯。

5.如权利要求1-4任一权项所述的一种燃料电池用自增湿控水质子交换膜的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：

（1）将所述中空纤维浸入加热熔融的聚乙二醇相变材料，吸附聚乙二醇2-10小时后，取出自然降温，得到负载聚乙二醇的中空纤维，再进行纺织，得到纺织层；

（2）将明胶溶于热水中，所述明胶的浓度为10%-30%，将二氧化硅气凝胶加入明胶热水溶液中，浸泡12-36小时，使明胶均匀吸附在二氧化硅气凝胶的微孔内，升温至110-130℃蒸发水份后降温至室温，冷凝得到负载明胶的二氧化硅气凝胶明胶微粒；

（3）将所述质量比例的金属铂与石墨烯混合均匀，经过机械研磨12-24h，得到金属铂负载微粒；

（4）将步骤（3）得到的金属铂负载微粒加入到Nafion溶液中，经过高速搅拌和超声分散，使所述金属铂负载微粒均匀分散于Nafion溶液中，然后浸入聚四氟乙烯微孔膜，浸渍12-24h，捞出干燥，得到聚四氟乙烯微孔膜为网络骨架的全氟磺酸聚合物复合膜；

（5）将明胶微粒超声分散于无水乙醇溶液中，得到明胶微粒分散液，在步骤（4）所述的全氟磺酸聚合物复合膜的靠阳极面喷涂明胶微粒，并贴附纺织层，得到自增湿控水质子交换膜。

6.根据权利要求5所述的一种电解水制氢用固体电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述聚乙二醇的加热温度为68-87℃。

7.根据权利要求5所述的一种电解水制氢用固体电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述热水的温度为60-80℃。

8.根据权利要求5所述的一种电解水制氢用固体电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述Nafion溶液的浓度为5-7%，所述金属铂负载微粒的质量浓度为9-15%，所述干燥为真空干燥，真空度为0.1-3kPa，温度为50-75℃。

9.根据权利要求5所述的一种电解水制氢用固体电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述明胶微粒的质量浓度为10-30%，所述喷涂的输入速度为50-80ml/min，压缩空气压力为0.2-0.4 Mpa，喷嘴处温度为70-110℃。