[发明专利]含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜及其制备

说明书

本发明涉及一种含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜及其制备，增强型全氟质子膜包括全氟质子膜层、多孔聚合物支撑层和分散在全氟质子膜中的天然黄酮类有机抗氧化剂，所述的天然有机抗氧化剂选自芦丁、柚皮素、柚皮苷、槲皮素、黄岑素、黄岑苷、陈皮素、甘草苷、水飞蓟素、大豆素、葛根素中的一种或多种。与现有技术相比，本发明引入的天然有机抗氧化剂能有效清除自由基，提高质子膜的抗氧化性和耐久性。

技术领域

本发明属于质子交换膜技术领域，涉及一种含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜及其制备方法。

背景技术

氢燃料电池通过氧化还原反应将氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有电池效率高、无污染、无噪音、零碳排等显著优势。质子膜燃料电池采用固体聚合物电解质，具有工作温度适当、启停快速、功率密度高等优势。质子膜是燃料电池的核心组件之一，其性能直接影响电池的效率和寿命。燃料电池电极氧化还原反应中会产生羟基自由基HO·和超氧自由基HOO·，自由基会攻击质子膜聚合物分子链，导致聚合物降解，膜功能降低甚至失效。目前提高质子膜氧化稳定性的有效方法主要是加入无机抗氧化剂如金属盐、金属氧化物、杂多酸等。它们作为自由基淬灭剂，减轻质子膜在膜电极中的化学降解。但无机抗氧化剂存在一些不足，比如，金属盐中阳离子会与磺酸基结合，降低膜的质子电导率；水溶性的金属盐和杂多酸容易流失；纳米金属氧化物存在逐渐聚集、活性降低等问题。有机抗氧化剂如甲基苯酚等活性不如无机抗氧化性，并且有一定毒性。因此寻找天然、无毒、高效、耐久的自由基淬灭剂是一个重要的方向。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜及其制备方法，其能耐受自由基的攻击，具有较高的化学稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜，包括多孔聚合物支撑层、位于多孔聚合物支撑层两侧表面的全氟质子膜层、以及分散在全氟质子膜层中的天然黄酮类有机抗氧化剂。

进一步的，所述天然黄酮类有机抗氧化剂选自芦丁、柚皮素、柚皮苷、槲皮素、黄岑素、黄岑苷、陈皮素、甘草苷、水飞蓟素、大豆素、葛根素中的一种或多种。

进一步的，所述全氟质子膜层由质量分数为5％-30％的全氟磺酸离聚物溶液涂覆得到。

更进一步的，所述全氟磺酸离聚物溶液中所用溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、水、乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

进一步的，所述多孔聚合物支撑层的材质选自ePTFE、聚酰亚胺、PFA、PEEK的一种。

进一步的，所述多孔聚合物支撑层的厚度为6-30微米，孔隙率为50-90％。

进一步的，所述天然黄酮类有机抗氧化剂质量含量为全氟质子膜层的0.5％-5％。

进一步的，其厚度为20-50微米。

本发明的技术方案之二提供了一种含天然黄酮类有机抗氧化剂的增强型全氟质子膜的制备方法，具体过程为：

在基材上涂覆一层含天然黄酮类有机抗氧化剂的全氟磺酸离聚物溶液，室温静置，待溶液不再明显流动，然后将多孔聚合物膜层铺设于该溶液上方，再涂覆一层含天然黄酮类有机抗氧化剂的全氟磺酸离聚物溶液，烘干，即得到增强型全氟质子膜。

进一步的，烘干的温度为60-160℃。

与现有技术相比，本发明所制备的复合膜具备三明治结构，具有明显增强质子膜力学性能的效果；在全氟质子膜中添加天然黄酮类有机抗氧化剂，这类抗氧化剂自由基清除效果好，且与无机自由基清除剂相比，有机自由基清除剂在其中不会与磺酸基团相互作用，不会影响膜的电导率，从而达到有效提升质子膜耐久性的作用。

附图说明