[发明专利]改性全氟磺酸复合膜及其制备方法、燃料电池以及电器

说明书

本发明涉及燃料电池质子交换膜技术领域，公开了一种改性全氟磺酸复合膜，改性全氟磺酸复合膜中分散有质量百分含量为0.8～2％的金属酞菁，金属酞菁包括铜酞菁、镍酞菁和钴酞菁中至少一种。该复合膜的导电性好，热稳定性好。本发明实施例还提供了上述复合膜的制备方法，包括，将含有金属酞菁和全氟磺酸的成膜溶液加热成膜种，金属酞菁与全氟磺酸的质量之比为0.8～2:100。该方法能制得导电性好，热稳定性好的质子交换膜。本发明实施例还提供了一种燃料电池，包括上述复合膜，故该燃料电池性能好。本发明实施例还提供了电器，该电器包括上述燃料电池，故该电器的供电性能好。

技术领域

本发明涉及燃料电池质子交换膜技术领域，具体而言，涉及改性全氟磺酸复合膜及其制备方法、燃料电池以及电器。

背景技术

随着全球化石燃料消耗量日益增加，对于清洁能源的应用需求日益增加。氢能来源丰富，可以高效转化，使用过程无排放污染，作为二次能源的载体，在工业、交通等领域中有重要前景。氢燃料电池汽车具备绿色环保、加氢时间短、续航里程长等优点，可作为在应用环节里真正意义上零排放的清洁能源。近年来新能源汽车的发展趋势日益强劲，燃料电池汽车也得到越来越多的关注。在各类氢燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是最为主流的技术方向。其中，具有分离电极、传导质子特征的质子交换膜是燃料电池系统的关键材料之一。目前，全氟磺酸膜以其优异的机械强度、高的质子导电性和良好的稳定性而得到了广泛的应用和研究。然而，成本高、质子电导率有待提高、稳定性差的缺点，限制了它在大范围内的实际应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供的改性全氟磺酸复合膜及其制备方法，旨在改善现有全氟磺酸膜质子电导率有待提高的问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种改性全氟磺酸复合膜，改性全氟磺酸复合膜中分散有质量百分含量为0.8～2％的金属酞菁，金属酞菁包括铜酞菁、镍酞菁和钴酞菁中至少一种。

在可选的实施方式中，复合膜中金属酞菁的质量百分含量为0.8～1.2％。

第二方面，本发明实施例提供一种改性全氟磺酸复合膜的制备方法，包括：

将含有金属酞菁和全氟磺酸的成膜溶液成膜，金属酞菁包括铜酞菁、镍酞菁和钴酞菁中至少一种，金属酞菁与全氟磺酸的质量之比为0.8～2:100。

在可选的实施方式中，成膜溶液的溶剂为乙醇。

在可选的实施方式中，成膜是在温度为95～120℃下烘干成膜。

在可选的实施方式中，成膜是在温度为100～110℃下烘干成膜。

在可选的实施方式中，成膜溶液的制备方法包括：

将金属酞菁溶解于溶剂中得到金属酞菁溶液，将金属酞菁溶液与全氟磺酸溶液混合均匀得到成膜溶液。

在可选的实施方式中，溶解金属酞菁的溶剂为乙醇。

第三方面，本发明实施例提供一种燃料电池，包括如前述实施方式中任一项的改性全氟磺酸复合膜或如前述实施方式任一项的改性全氟磺酸复合膜的制备方法制得的改性全氟磺酸复合膜。

第四方面，本发明实施例提供一种电器，包括如前述实施方式的燃料电池。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过上述设计得到的改性全氟磺酸复合膜，由于采用特定的金属酞菁以合理含量掺杂于全氟磺酸膜中，全氟磺酸结构中的π键结构使特定的这几种金属酞菁在Nafion骨架上易形成带有电荷基团的螯合结构，使得得到的复合膜的导电率得到有效提高，除此之外，复合膜的热稳定性也有显著提升。