CN105406097A

CN105406097A - 超薄固体电解质膜及其制备方法

Info

Publication number: CN105406097A
Application number: CN201410469207.3A
Authority: CN
Inventors: 张宏伟; 叶姗; 陈峥嵘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-16

Abstract

本发明公开了超薄固体电解质膜及其制备方法，本方法包括自组装和界面铺展两种，根据制备条件的不同，超薄膜的厚度可从纳米级到微米级变化。超薄膜具有较低的体积阻抗，可以有效地改善固体电解质膜的离子传导性能，从而提高燃料电池的输出功率。

Description

超薄固体电解质膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及超薄燃料电池固体电解质膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种不经过燃烧，直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂中的化学能转变为电能的发电装置。聚合物电解质膜燃料电池是燃料电池的一种，作为有着广阔应用前景的新能源技术而备受关注。它除了具有其它燃料电池的优点外，还具有常温下快速起动、结构简单紧凑、可靠性高等特点。

聚合物电解质膜是以含酸性基团（如磺酸）或碱性基团（季铵盐）的高分子为材料的固体电解质膜，在燃料电池中起到分隔燃料和氧化剂、传导离子和绝缘电子的作用，在聚合物电解质膜燃料电池中至关重要。聚合物电解质膜燃料电池的性能与固体电解质膜的阻抗密切相关，而固体电解质膜的厚薄则决定着其阻抗的大小。常用的流延法所制备的固体电解质膜厚度通常要达到上百微米以上，不利于聚合物电解质膜燃料电池的性能的提高。

发明内容

本发明就是针对上述问题提出超薄固体电解质膜的制备方法，即通过自组装或界面铺展制备固体电解质膜。

本发明具有以下优点：制备方法简便、快捷；容易操作；固体电解质膜的厚度可以从纳米级到微米级自由调节。

具体实施方式

实施例1

首先在已亲水处理的基片浸入1%聚乙烯醇与磺基琥珀酸混合物水溶液中2分钟，然后用去离子水洗涤两次，用热空气吹干；再将基片浸入0.5%的蒙脱土水溶液中2分钟，然后用去离子水洗涤两次，用热空气吹干。如此反复，根据重得操作次数，可得到厚度从数百纳米到数微米厚的质子交换膜。

实施例2

将1%的氯甲基化聚砜二氯甲烷溶液，在平板玻璃表面流过，然后用热空气吹扫3分钟，再将平板玻璃浸于水中，可以得到氯甲基化聚砜薄膜。将所得的膜依次在三甲胺水溶液和1M氢氧化钠溶液中浸泡24小时，得碱性氢氧根离子交换膜。调节所配氯甲基化聚砜溶液的浓度，可得到厚度从数百纳米到数微米厚的固体电解质膜。

实施例3

将1%的氯甲基化聚砜甲苯溶液，滴0.5ml于水溶液表面，在水溶液表面形成了一层氯甲基化聚砜膜。将所得的膜依次在三甲胺水溶液和1M氢氧化钠溶液中浸泡24小时，得碱性氢氧根离子交换膜。根据所配氯甲基化聚砜溶液的浓度大小，可得到厚度从数百纳米到数微米厚的固体电解质膜。

Claims

1.一种超薄燃料电池固体电解质膜，其特征是厚度不超过10微米的膜。

2.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于将基片在低浓度的聚合物溶液中浸没一段时间，取出用去离子水洗涤，氮气吹干；再浸入交联剂中一段时间，取出用去离子水洗涤，氮气吹干；最后浸没于低浓度的带离子电荷的物质的溶液中一段时间，取出用去离子水洗涤，氮气吹干；多次重复上述操作，可得到厚度从数百纳米至数微米的的固体电解质膜。

3.根据权利要求2的聚合物包括但不限于聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、卤甲化聚砜、卤甲化聚醚砜、卤甲基化聚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜酮、卤甲化聚酰亚胺、卤甲基化聚醚酰亚胺、卤甲基化聚苯醚、卤甲基化聚苯乙烯、溴化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯乙烯、磺化苯醚、磺化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、聚杂萘联苯醚酮、磺化聚杂萘联苯醚砜、磺化聚杂萘联苯醚砜酮、季铵化聚砜、季铵化聚醚醚酮、季铵化聚酰亚胺、季铵化聚苯乙烯、季铵化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、季膦化聚砜、季膦化聚醚醚酮、季膦化聚酰亚胺、季膦化聚苯乙烯、季膦化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、咪唑化聚砜、咪唑化聚醚醚酮、咪唑化聚酰亚胺、咪唑化聚苯乙烯、咪唑化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚。

4.根据权利要求2的带离子电荷的物质包括但不限于蒙脱土、表面活性剂修饰的蒙脱土、阳离子或阴离子功能化的蒙脱土、聚合物修饰的蒙脱土、层状双金属氢氧化物、表面活性剂修饰的层状双金属氢氧化物、阳离子或阴离子功能化的层状双金属氢氧化物、聚合物修饰的层状双金属氢氧化物、阳离子或阴离子功能化的石墨烯、聚合物修饰的石墨烯、聚乙烯亚胺、二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、季铵化聚砜、季铵化聚醚醚酮、季铵化聚酰亚胺、季铵化聚苯乙烯、季铵化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、季膦化聚砜、季膦化聚醚醚酮、季膦化聚酰亚胺、季膦化聚苯乙烯、季膦化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、咪唑化聚砜、咪唑化聚醚醚酮、咪唑化聚酰亚胺、咪唑化聚苯乙烯、咪唑化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯乙烯、磺化苯醚、磺化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚、聚杂萘联苯醚酮、磺化聚杂萘联苯醚砜、磺化聚杂萘联苯醚砜酮。

5.根据权利要求2的交联剂包括但不限于戊二醛、乙二醛、线形酚醛树脂、磺基琥珀酸、1,2-二溴乙烷、1,4-二溴丁烷、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、二乙胺、甲基磺酸/五氧化二磷的混合液。

6.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于将一定浓度的卤甲基化聚合物溶液滴于水面之上，经过一段时间，在水面上形成聚合物薄膜；将所得薄膜依次在三甲胺和氢氧化钠溶液中浸泡一段时间，获得阳离子固体电解质膜。

7.一种权利要求1所述膜的制备方法，其特征在于将一定浓度的磺化聚合物溶液滴于水面之上，经过一段时间，在水面上形成聚合物薄膜；将所得薄膜在盐酸溶液中浸泡一段时间，获得阴离子固体电解质膜。

8.根据权利要求6-7的聚合物溶液包括但不限于苯、甲苯、氯苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、戊烷、环己烷、正庚烷、石油醚、1，4-二氧己环、异丙醇、丙酮、乙醚。

9.根据权利要求6的卤甲基化聚合物包括但不限于卤甲化聚砜、卤甲化聚醚砜、卤甲基化聚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮、卤甲基化聚醚醚酮酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚酮、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜、卤甲基化聚杂萘联苯醚砜酮、卤甲化聚酰亚胺、卤甲基化聚醚酰亚胺、卤甲基化聚苯醚、卤甲基化聚苯乙烯、溴化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚。

10.根据权利要求7的聚合物包括但不限于磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮酮、磺化聚杂萘联苯醚酮、磺化聚杂萘联苯醚砜、磺化聚杂萘联苯醚砜酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚醚酰亚胺、磺化聚苯醚、磺化聚苯乙烯、磺化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚。