[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的聚乙烯亚胺隔膜及制备方法

说明书

本发明属于燃料电池的技术领域，提供了一种用于制备燃料电池用氢的聚乙烯亚胺隔膜及制备方法。该方法通过将硅基接枝在聚乙烯亚胺上，然后与聚乙烯醇在酸性条件下形成溶胶，并转变为凝胶材料，在石棉隔膜表面成膜,置于含有溴甲烷的甲醇溶液中养护,制得二氧化硅改性聚乙烯亚胺隔膜。与传统方法相比，本发明的制备的二氧化硅改性聚乙烯亚胺隔膜，通过有机硅脱去甲基形成无机的二氧化硅，提高了膜材的亲水性能，提高了对于OH^‑的选择透过性，在使用过程中性能稳定，在电解水制氢领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池的技术领域，提供了一种用于制备燃料电池用氢的聚乙烯亚胺隔膜及制备方法。

背景技术

燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极,具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。其中，氢燃料电池是使用氢作为燃料制造成储存能量的电池，以其优异性能收到广泛关注。

氢能源作为高效、洁净和理想的二次能源已经受到了全世界的广泛重视。大规模、廉价地生产氢是开发和利用氢能的重要环节之一。在水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。由于亲能源研究的日益深入广泛的开展，电解水结束得到了迅猛的发展。

电解水制氢操作相对简单，技术相对成熟，制得的氢纯度高，而且制氢过程没有污染，是实现大规模生产氢的重要手段。目前，已经发展了3种不同的电解槽，分别为碱性电解槽，聚合物薄膜电解槽及固体氧化物电解槽。其中，碱性电解槽中的隔膜材料，主要为石棉类和非石棉类隔膜、聚苯硫醚类和聚砜类。有机类隔膜的通病在于亲水性较差，从而影响薄膜的离子传导和内部阻抗。针对无机相化学改性有机相以提高隔膜的亲水性能具有十分重要的实际意义。

目前国内外在电解水制氢技术，尤其是电解槽隔膜材料方面已取得了一定成效。其中钱辉春等人发明了一种电解隔膜、其制备方法及用途（中国发明专利申请号201510264388.0），此发明包括织物和覆于织物上的涂层；织物原料包括30~100重量份的聚苯硫醚砜短纤维与0~70重量份的聚苯硫醚短纤维；涂层为含有聚苯硫醚砜树脂涂层或含有聚四氟乙烯树脂涂层；该发明还提供了所述电解隔膜的制备方法，及其在水电解制氢、水电解制氧、氯碱电解槽中作为非石棉隔膜应用，该隔膜提高了耐热性能，有利于延长非石棉隔膜的使用寿命，提高效率。另外，张晓静发明了一种水电解槽用隔膜及其生产方法（中国发明专利申请号201410061716.2），该隔膜包含织物层和树脂层，织物层是由聚苯硫醚纱线形成的机织物层，树脂层为聚四氟乙烯薄膜层，聚四氟乙烯薄膜层在聚苯硫醚机织物层的至少一面，该隔膜的平均孔径为0.01~10μm；该发明的水电解槽用隔膜具有气密性高、亲水性好，且离子透过性优良的特点，同时还具有成本低廉、安全环保、轻量，且生产方法快速、高效，无污染，操作简单，节省能源的特点。

可见，现有技术中的电解水制氢的有机类隔膜存在亲水性较差的问题，从而影响薄膜的离子传导和内部阻抗，目前的改性手段多为无机相复合改性的技术大多依靠粘结剂进行物理意义上的复合，改性效果较差，并且对使用寿命有较大的不利影响。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种用于制备燃料电池用氢的聚乙烯亚胺隔膜及制备方法，显著提升了材料的亲水性，并且性能稳定，制氢效果好。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于制备燃料电池用氢的聚乙烯亚胺隔膜的制备方法，通过将硅基接枝在聚乙烯亚胺上，然后与聚乙烯醇在酸性条件下形成溶胶，并转变为凝胶材料，在石棉隔膜表面涂敷成膜并在溴甲烷的甲醇溶液中养护,制得二氧化硅改性聚乙烯亚胺隔膜，制备的具体步骤如下：