[发明专利]提高质子传导率的质子交换膜及其加工工艺

说明书

本发明公开一种提高质子传导率的质子交换膜，包括基层，所述基层包括交换膜本体、第一石墨烯层和第二石墨烯层，所述基层的两侧分别设置有阳极层和阴极层，所述阳极层包括阳极膜、阳极扩散层和阳极催化层，所述阳极催化层与基层相互接触，所述阳极膜设置在阳极扩散层远离阳极催化层一侧的表面。本发明质子交换膜和工艺解决了现有的一些质子交换膜存在质子传导率较低的缺陷。

技术领域

本发明涉及质子交换膜技术领域，具体为提高质子传导率的质子交换膜及其加工工艺。

背景技术

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其中，全氟磺酸质子交换膜具有机械性能强、化学稳定性好和使用寿命长等特点，被广泛地应用于质子膜燃料电池，其性能的好坏直接决定燃料电池的性能。

现有的一些质子交换膜存在质子传导率较低的缺陷，容易损害电池性能，进而影响电池的使用寿命，并给使用者带来财产损失。

发明内容

本发明的目的在于提供提高质子传导率的质子交换膜及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：提高质子传导率的质子交换膜，包括基层，所述基层包括交换膜本体、第一石墨烯层和第二石墨烯层，所述基层的两侧分别设置有阳极层和阴极层，所述阳极层包括阳极膜、阳极扩散层和阳极催化层，所述阳极催化层与基层相互接触，所述阳极膜设置在阳极扩散层远离阳极催化层一侧的表面，所述阴极层包括阴极催化层、阴极扩散层和阴极膜，所述阴极催化层与基层相互接触，所述阴极膜设置在阴极扩散层外侧的表面，所述交换膜本体由磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺滤液、杂多酸和二氧化钛类流体的组合物制成。

优选的，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层的厚度为1-10μm，所述交换膜本体的厚度为80-120μm。

优选的，所述基层的厚度大于阳极层与阴极层厚度之和，且阳极层与阴极层的厚度相同。

优选的，所述磺化聚醚醚酮溶液为磺化度60％～70％的磺化聚醚醚酮固体，且磺化聚苯醚的磺化度为50～75％。

提高质子传导率的质子交换膜的加工工艺，包括如下步骤：

(1)通过化学气相沉积在金属基体表面沉积石墨烯；

(2)将磺化聚醚醚酮固体溶于N-甲基吡络烷酮中，配成磺化聚醚醚酮质量百分数为10％的磺化聚醚醚酮溶液；

(3)将磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺滤液和二氧化钛类流体混合搅拌，得到铸膜溶液；

(4)将铸膜溶液置入槽内，干燥、冷却，使铸膜溶液中的极性溶剂蒸发以形成初级膜；

(5)将初级膜在杂多酸溶液或水中浸泡或煮沸以得到质子交换膜；

(6)在步骤(1)得到的具有石墨烯的金属基体叠放在质子交换膜的表面，并经过压辊，使具有石墨烯的金属基体转印到质子交换膜的表面，便制得该提高质子传导率的质子交换膜。

优选的，所述步骤(1)中的化学气相沉积是将金属基体置于化学气相沉积炉中，通入碳源及载气，经沉积得到具有石墨烯的金属基体。

优选的，所述步骤(1)中制得的具有石墨烯的金属基体有2个，所述金属基体为铜箔，且金属基体在制备前进行清洗处理。

优选的，所述步骤(3)中磺化聚醚醚酮溶液、磺化聚苯醚、聚苯胺滤液、杂多酸和二氧化钛类流体的质量百分比为50∶20∶10∶20。

优选的，所述步骤(5)中的杂多酸由硅钨酸和磷钨酸混合制成，且硅钨酸和磷钨酸在制备前进行预热处理。

优选的，所述步骤(6)中的压辊的温度为10-60℃，压辊的速度为1-10m/min，且金属基体叠放在质子交换膜的上下两侧。