[发明专利]一种燃料电池用复合型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复合型有机膦酸高温质子交换膜及其制备方法，具体地，本发明提供了一种用复合型有机膦酸高温质子交换膜是由聚苯并咪唑类型化合物A与中性有机膦酸共聚物B作为原料复合而成的复合型有机膦酸高温质子交换膜，其中，所述的A与B的摩尔比nA:nB＝1:0.01‑99.99。所述的发明具有聚合物制备容易、制膜工艺简单、有机膦酸含量和质子电导率准确可控等优点，适合用于制备电导率高、机械强度好的高温质子交换膜。

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复合型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。

质子交换膜燃料电池可分为低温质子交换膜燃料电池和高温质子交换膜燃料电池。通常低温质子交换膜燃料电池的使用温度不超过100℃，一般是60-90℃，质子传导的介质是水。而高温质子交换膜燃料电池的使用温度范围为100-200℃，质子传导的介质是水或非水的质子溶剂(例如无机磷酸或有机膦酸)。高温质子交换膜燃料电池(HighTemperature Proton Exchange Membrane Fuel cell,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)。为了在高温操作条件下具有较好的电池性能，高温质子交换膜需要满足低成本，高温条件下高质子传导率，稳定的机械性能和抗氧化稳定性。

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。因此，为了解决无机磷酸流失的问题，有机膦酸高温质子交换膜已经成为一种必然的发展方向。

目前，已经报道的有机膦酸高温质子交换膜的制备方式主要有三大类，(1)“酸-碱”混合型；(2)“酸-碱”有机膦酸聚合物型；(3)“酸”型有机膦酸聚合物型；但是这些方法都存在一些问题。例如：(1)有机膦酸聚合物制备困难，不适合大规生产；(2)制膜工艺复杂，如BASF公司推出的产品，工艺就非常的复杂；(3)电导率比较低；(4)膦酸含量无法准确控制，电导率调控困难；(5)机械强度不够等。

综上所述，本领域尚缺乏一种聚合物制备容易、制膜工艺简单、有机膦酸含量和质子电导率准确可控、电导率高、机械强度好的高温质子交换膜及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物制备容易、制膜工艺简单、有机膦酸含量和质子电导率准确可控、电导率高、机械强度好的高温质子交换膜及其制备方法。

本发明的第一方面，提供了一种燃料电池用复合型有机膦酸高温质子交换膜，其特征在于，所述的燃料电池用复合型有机膦酸高温质子交换膜是由聚苯并咪唑类型化合物A与中性有机膦酸共聚物B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；

且所述的中性有机膦酸共聚物B为单体C与有机膦酸酯单体D发生共聚形成的共聚物，其中单体C为选自下组的单体：

中性有机膦酸酯单体D为选自下组的单体：