[发明专利]PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜及其制备方法，PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜为层状结构，中间层为全氟磺酸聚合物和PPTA混合层，全氟磺酸聚合物和PPTA混合层的制备方法包括：将致孔剂、PPTA树脂和浓硫酸混合，搅拌至致孔剂、PPTA树脂均匀分散在浓硫酸中，真空脱泡，得到PPTA多孔铸膜液；将PPTA多孔铸膜液刮涂在基板上，放入纯水中，待凝固后从基板剥离，再置于超滤水中浸泡，得到PPTA多孔膜，将PPTA多孔膜浸入全氟磺酸铸膜液中，浸泡后干燥，得到全氟磺酸聚合物和PPTA混合层，全氟磺酸聚合物和PPTA混合层可以提高膜的热稳定性、机械强度和抗溶胀性，还具有降低甲醇渗透率的优点。增加复合膜的质子电导率。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体来说涉及一种PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机问题的日益严重，绿色可再生能源已成为当今社会的迫切需求，质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效环保的能源装置被寄予厚望，具有非常广阔的应用前景。作为目前的研究热点，质子交换膜燃料电池在发电过程中不涉及氢气和氧气的燃烧过程，因此不受卡诺循环的限制，具有较高的能量转换率。其中，被称为第六代燃料电池的直接甲醇燃料电池，更是吸引了工业界和学术界等多个方面的极大关注。质子交换膜是其核心部件之一，应具有高质子传导率、机械性能和抗溶胀性。目前所使用的全氟磺酸型质子交换膜(Nafion)具有优异的电化学性能、可接受的机械强度和良好的氧化稳定性，但其对甲醇燃料的阻绝效果差，燃料渗透率高，水溶胀也较大，存在高温条件下易降解、低湿度条件下质子电导率低，成本昂贵，无法充分发挥直接甲醇燃料电池的性能优势。因此，越来越多的研究致力于含氟或非氟质子交换膜的研发。

CN106159301A公开了一种全氟磺酸质子交换膜的制备方法，该发明提供了一种电泳法制备全氟磺酸质子交换膜，该方法制备工艺简单，易于操作，制备时间短，易于工业化生产。但该发明未能改善全氟磺酸质子交换膜的机械稳定性。CN104558649A公开了一种PVDF改性的全氟磺酸类质子交换膜及其制备方法。该发明通过氨水交联将PVDF均匀地复合到全氟磺酸类质子交换膜中，由此制备得到的PVDF改性全氟磺酸类质子交换膜，有效的提高了复合质子交换膜的机械稳定性、尺寸稳定性，降低了甲醇渗透率，但是该发明并未很大程度的提升质子电导率，限制了该复合质子交换膜的实际应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜的制备方法，该制备方法将全氟磺酸和PPTA多孔膜进行复合，获得全氟磺酸聚合物和PPTA混合层，从而提高膜的机械强度和抗溶胀性，还具有降低甲醇渗透率的优点，同时在全氟磺酸聚合物和PPTA混合层的上下两侧涂覆全氟磺酸铸膜液，可以一定程度的增加复合膜的质子电导率。

本发明的另一目的是提供一种PPTA改性的全氟磺酸类质子交换膜。本发明是通过下述技术方案予以实现的。

一种全氟磺酸聚合物和PPTA混合层的制备方法，包括以下步骤：

S1，将致孔剂、PPTA树脂(聚对苯二甲酰对苯二胺树脂)和浓硫酸混合，得到第一混合物，将第一混合物搅拌至致孔剂、PPTA树脂均匀分散在浓硫酸中，得到第二混合物，将第二混合物真空脱泡，得到PPTA多孔铸膜液；

在S1中，所述致孔剂为PEG。

在S1中，所述搅拌的转速为300～1000r/min，所述搅拌的时间为1～5h。

在S1中，所述搅拌的温度为50～100℃。

在S1中，按质量份数计，所述致孔剂和PPTA树脂的比为(1～5):(1～6)。

在S1中，所述浓硫酸的浓度≥97％。

在S1中，所述致孔剂的质量份数和浓硫酸的体积份数的比为(1～5)：(10～25)，所述质量份数的单位为mg，所述体积份数的单位为mL。