[发明专利]一种燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜及其制备方法，具体地，本发明提供了一种由(a)聚苯并咪唑类型化合物A、(b)含有羟基官能团或者羟基被保护基团保护的“酸‑碱”型有机膦酸聚合物B，以及(c)有机高分子交联剂C作为原料复合而成的燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜。所述的有机膦酸高温质子交换膜具有高质子电导率、高机械强度、高热稳定性、高抗氧化稳定性，同时又具有长时间稳定寿命，非常适合用于高温质子交换膜燃料电池的制备。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、环境友好的发电装置。其利用清洁能源作为燃料，并且可以把燃料的化学能直接、连续转换成电能。其发电过程不涉及燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高，其理论热效率可达86％，远远超过传统热机(传统热机热效率为45％左右)。同时由于其具有效率高、污染小、建厂时间短、可靠性及维护性好等优点，非常适用于交通、电站、可移动电源汽车及潜艇等多种用途,具有广阔的市场前景。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一；加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展；美国三大汽车公司(GM，Ford,Chryster)、德国的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。

高温质子交换膜燃料电池(High Temperature Proton Exchange Membrane Fuelcell,HT-PEMFC)由于其具有电化学反应活跃、CO的耐受性好、废热利用率高和水热管理简单等优点，已经成为质子交换膜燃料电池发展的一种趋势。而质子交换膜燃料电池能否实现高温工作最核心的部分就是高温质子交换膜(HT-PEM)。

目前，广泛使用的高温质子交换膜为PBI(聚苯并咪唑)类型的质子交换膜，该膜搀杂无机磷酸一起使用，具有明显的缺点：(a)无机磷酸流失严重；(b)质子交换膜浸泡无机磷酸后机械强度大幅度下降，严重影响了膜的尺寸稳定性以及使用寿命。

综上所述，本领域尚缺乏一种兼具高质子电导率、高机械强度、高热稳定性、高抗氧化稳定性，同时又具有长时间稳定寿命的的高温质子交换膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具高质子电导率、高机械强度、高热稳定性、高抗氧化稳定性，同时又具有长时间稳定寿命的的高温质子交换膜。

本发明的第一方面，提供了一种燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜，所述的燃料电池用有机膦酸高温质子交换膜是由(a)聚苯并咪唑类型化合物A、(b)含有羟基官能团或者羟基被保护基团保护的“酸-碱”型有机膦酸聚合物B，以及(c)有机高分子交联剂C作为原料复合而成，其中，所述的A与B的摩尔比nA:nB＝1:0.01-99.99；所述的A与C的摩尔比nA:nC＝1:0.01-10.00；

且所述的含有羟基官能团或者羟基被保护基团保护的“酸-碱”型有机膦酸聚合物B是通过羟基被保护基团保护的单体D与有机膦酸单体E发生共聚形成的，其中，单体D选自下组：

R²选自下组：H、Ac(乙酰基)、PhCO(苯甲酰基)、ClCH₂CO(氯乙酰基)、Bn(苄基)、THP(二氢吡喃)、TMS(Me₃Si,三甲基硅基)、TES(Et₃Si，三乙基硅基)、TBS(叔丁基二甲基硅基)、TIPS(三异丙基硅基)、TBDPS(叔丁基二苯基硅基)；

有机膦酸单体E选择下组：