CN108039503B - 一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜及制备方法。通过制备磺化聚醚醚酮预聚体，再与二价金属盐、三价金属盐进行水热反应制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体，进一步流延成膜及热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜。该方法通过水滑石的层骨架和微通道，使得磺化聚醚醚酮在高度磺化条件下保持优异的稳定性和质子导电率，能量密度高，在高温下无膜溶胀问题，安全性好，电池使用寿命长，同时制备过程简单易行，成本较低，适合推广生产应用。

Description

一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜及制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及质子交换膜的制备，特别是涉及一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜及制备方法。
背景技术
近年来，世界范围内的能源短缺问题越来越严重。由于传统的化石燃料不可再生，且使用过程中造成的环境污染严重，并且绝大多数能量的转化是热机过程实现的，转化效率低，因此，针对传统能源引来的诸多问题，提高能源的转换效率和寻求清洁新能源的研究获得越来越广泛的。其中，燃料电池是一种新型的能源技术，其通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能，而且不受地域以及地理条件的限制。近年来，燃料电池得到了长足的发展，并且在不同的领域已得到了实际的应用。
燃料电池本质上是水电解的一个逆装置。在燃料电池中，氢和氧通过化学反应生成水，并放出电能。燃料电池基本结构主要由阳极、阴极和电解质3部分组成。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，加速电极上的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等五大类型。其中，质子交换膜燃料电池是一种以氢气和氧气为原料的清洁能源，具有能量转化效率高、零污染、能量密度高、相对于其它类型燃料电池运行温度低（70-90℃左右）等优点，且具有大规模生产，可以降低成本的潜力，有望在车载动力、军需装置、移动及便携式能源设备上得到广泛应用。
质子交换膜燃料电池是一种化学能转化为电能的能量转换装置，以固体质子交换膜为电解质、Pt/C为催化剂，氢气为燃料，空气或氧气为氧化剂。其在燃料电池中具有常温工作的优势，燃料的化学能绝大部分都转换为电能，只有少部分以废热方式散出，不需要废热能量回收装置，体积小，重量轻，并且可以冷启动和快启动。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，与一般化学电源中使用的隔膜不同，其不只是一种隔膜材料，也是电解质和电催化剂的基底，另外，质子交换膜还是一种选择透过性膜，主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。目前, 常用的质子交换膜是全氟磺酸膜，但其价格高昂，当燃料电池的操作温度高于100℃时膜的质子电导率急剧下降，对工作环境要求极为苛刻，在需要电池工作温度能够提高以减少催化剂的利用方面明显不足，因此具有较好的热稳定性与化学稳定性的磺化芳香聚合物成为不错的选择，其质子电导率随温度升高而大幅提升，但高温时膜溶胀严是阻碍磺化芳香聚合物作为质子交换膜应用中急需解决的问题。
中国发明专利申请号201010256732.9公开了一种高性能的高温质子交换膜燃料电池用聚合物高温质子交换膜及其制备方法，该方法包括把具有优异热稳定性和化学稳定性的聚合物与侧链带有N-杂环的亲水性聚合物共混，采用流延或者溶液涂铸成膜，脱膜后再对制备的均相共混膜进行酸化处理，使之具有良好的高温质子导电性。
中国发明专利申请号201310593705.4公开了一种质子交换膜燃料电池用有机-无机复合质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜由侧链带有N-杂环的功能聚合物、杂多酸及骨架聚合物组成。该方法包括：将功能聚合物、骨架聚合物、杂多酸加入有机溶剂中，加热且搅拌至溶解完全，得到透明均一的质子交换膜溶液；采用溶液浇铸或者流延等方法得到有机-无机复合质子交换膜。
中国发明专利申请号201511000192.7公开了一种碳纳米管负载杂多酸-磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备方法。该膜是由负载有杂多酸的碳纳米管与磺化聚醚醚酮制备而成：首先将修饰过的碳纳米管浸泡于杂多酸水溶液中得到负载杂多酸的碳纳米管；再将其与磺化聚醚醚酮进行掺杂，通过流延法制备成质子交换膜。
中国发明专利申请号201710028140.3公开了一种聚酰胺/磺化聚醚醚酮复合质子交换膜及其制备方法，该质子交换膜中含有磺化聚酰胺和磺化聚醚醚酮，通过简单将磺化聚酰胺与磺化聚醚醚酮进行复合得到性能优越的质子交换膜。
根据上述，现有质子交换膜燃料电池中广泛采用的全氟磺酸膜耐温程度有限，热稳定性和化学稳定性较差，工作环境要求极为苛刻，厚度不均导致电阻不稳定，影响电池性能，并且价格昂贵，而新兴的磺化芳香聚合物在作为质子交换膜时，虽能避免上述问题，但其在高温时膜溶胀严重，甚至溶解，无法在质子交换膜燃料电池长期使用，鉴于此，本发明提出了一种创新性的燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜，可有效解决上述技术问题。
发明内容
针对目前较广的全氟磺酸膜耐温程度有限，热稳定性和化学稳定性较差，工作环境要求极为苛刻，厚度不均导致电阻不稳定，影响电池性能，并且价格昂贵，而磺化芳香聚合物在高温时膜溶胀严重，使用寿命短，本发明提出一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜，从而有效避免了膜溶胀问题，同时稳定性和导电率较高，成本较低，实用性强。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的制备方法，具体制备方法包括以下步骤：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热至140~160℃下反应2~3h，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜。
优选的，所述二价金属盐为氯化钙、氯化镁、氯化锌、氯化亚铁、氯化锰、氯化钡、氯化铜、氯化锶、氯化铅、硫酸镁、硫酸钙、硫酸锌、硫酸镁或硫酸铜中的一种。
优选的，所述三价金属盐为氯化铁、硫酸铁、磷酸铁、硝酸铁、氯化铝、硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝、氯化钴、硫酸钴、磷酸钴或硝酸钴中的一种。
优选的，所述引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、异丙苯过氧化氢或叔丁基过氧化氢中的至少一种。
优选的，所述催化剂为固态镍催化剂或镍-钴催化剂中的一种。
优选的，步骤（1）中各原料重量份为：二氟苯酮16~20份、磺化二氟苯酮4~8份、双酚20~25份、无水乙醇45~59份、引发剂0.5~1份、催化剂0.5~1份。
优选的，步骤（2）中,各原料重量份为：磺化聚醚醚酮预聚体31~52份、二价金属盐22~26份、三价金属盐25~40份、碳酸铵1~3份；水使用过量,所述水热反应的加热温度为160~190℃，反应时间为2.5~4h.
优选的，所述流延机为单层流延机，干燥方式为热风干燥或红外线干燥。
优选的，所述热处理的温度为200~220℃，处理时间为3~6min。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜。通过二价金属盐、三价金属盐的反应形成水滑石结构，作为磺化聚醚醚酮的框架，并通过水滑石的层骨架和微通道，使得磺化聚醚醚酮在高度磺化条件下保持优异的稳定性。
将本发明制备的质子交换膜与全氟磺酸膜、全氟磺酸重铸膜进行对比，在质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性上，具有明显的优势，如表1所示。
表1：
本发明提供了一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了采用磺化聚醚醚酮制备燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的方法。
2、通过水滑石的层骨架和微通道，使得磺化聚醚醚酮在高度磺化条件下保持优异的稳定性，在高温下无膜溶胀问题，安全性好，电池使用寿命长。
3、本发明制备的质子交换膜质子导电率高，能量密度高，实用性好。
4、本发明的制备过程简单易行，成本较低，适合推广生产应用。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为过氧化二叔丁基；催化剂为固态镍催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为150℃，反应时间为2.5h；其中：二氟苯酮18kg、磺化二氟苯酮6kg、双酚23kg、无水乙醇51kg、引发剂1kg、催化剂1kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为170℃，反应时间为3h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体44kg、二价金属盐24kg、三价金属盐30kg、碳酸铵2kg；去离子水50kg、二价金属盐为氯化钙；三价金属盐为氯化铁；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为热风干燥；热处理的温度为210℃，处理时间为4min；
实施例1制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
实施例2
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为过氧化二异丙苯；催化剂为镍-钴催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为140℃，反应时间为3h；其中：二氟苯酮16kg、磺化二氟苯酮4kg、双酚22kg、无水乙醇57kg、引发剂0.5kg、催化剂0.5kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为160℃，反应时间为4h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体52kg、二价金属盐22kg、三价金属盐25kg、碳酸铵1kg；二价金属盐为氯化镁；三价金属盐为硫酸铁；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为红外线干燥；热处理的温度为200℃，处理时间为6min；
实施例2制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
实施例3
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为过氧化甲乙酮；催化剂为固态镍催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为160℃，反应时间为2h；其中：二氟苯酮20kg、磺化二氟苯酮8kg、双酚23kg、无水乙醇47kg、引发剂1kg、催化剂1kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为190℃，反应时间为2.5h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体33kg、二价金属盐26kg、三价金属盐38kg、碳酸铵3kg；二价金属盐为氯化锌；三价金属盐为磷酸铁；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为热风干燥；热处理的温度为220℃，处理时间为3min；
实施例3制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
实施例4
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为过氧化环己酮；催化剂为镍-钴催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为145℃，反应时间为2.5h；其中：二氟苯酮17kg、磺化二氟苯酮7kg、双酚22kg、无水乙醇52kg、引发剂0.5kg、催化剂0.5kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为180℃，反应时间为3h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体44kg、二价金属盐23kg、三价金属盐32kg、碳酸铵1kg；二价金属盐为氯化钡；三价金属盐为硝酸铁；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为红外线干燥；热处理的温度为215℃，处理时间为5min；
实施例4制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
实施例5
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为异丙苯过氧化氢；催化剂为固态镍催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为155℃，反应时间为2.5h；其中：二氟苯酮19kg、磺化二氟苯酮7kg、双酚24kg、无水乙醇49kg、引发剂0.5kg、催化剂0.5kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为175℃，反应时间为4h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体37kg、二价金属盐25kg、三价金属盐36kg、碳酸铵2kg；二价金属盐为氯化锶；三价金属盐为磷酸铝；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为热风干燥；热处理的温度为205℃，处理时间为5min；
实施例5制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
实施例6
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为叔丁基过氧化氢；催化剂为镍-钴催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为150℃，反应时间为3h；其中：二氟苯酮18kg、磺化二氟苯酮7kg、双酚23kg、无水乙醇50kg、引发剂1kg、催化剂1kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为180℃，反应时间为3.5h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体41kg、二价金属盐24kg、三价金属盐33kg、碳酸铵2kg；二价金属盐为氯化铅；三价金属盐为硫酸钴；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为红外线干燥；热处理的温度为215℃，处理时间为5min；
实施例6制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
对比例1
燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜制备过程为：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热发生反应，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；引发剂为叔丁基过氧化氢；催化剂为镍-钴催化剂；磺化聚醚醚酮预聚体制备过程中，反应的加热温度为150℃，反应时间为3h；其中：二氟苯酮18kg、磺化二氟苯酮7kg、双酚23kg、无水乙醇50kg、引发剂1kg、催化剂1kg；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；水热反应的加热温度为180℃，反应时间为3.5h；其中，磺化聚醚醚酮预聚体43kg、二价金属盐24kg、三价金属盐33kg；二价金属盐为氯化铅；三价金属盐为硫酸钴；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；流延机为单层流延机，干燥方式为红外线干燥；热处理的温度为215℃，处理时间为5min；
对比例1制备的质子交换膜，其质子导电率、高温溶胀率、电池使用寿命及安全性如表2所示。
表2：

Claims (4)

1.一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的制备方法，其特征在于，具体制备方法包括以下步骤：
（1）将二氟苯酮、磺化二氟苯酮及双酚与无水乙醇混合，加入引发剂和催化剂，加热至140~160℃下反应2~3h，经过滤、洗涤，制得磺化聚醚醚酮预聚体；
（2）将步骤（1）制得的磺化聚醚醚酮预聚体与二价金属盐、三价金属盐、去离子水混合均匀，在碳酸铵辅助下，并升温加热，发生水热反应并聚合，制得磺化聚醚醚酮插层水滑石的复合浆体；
（3）将步骤（2）制得的复合浆体加入流延机中进行流延成膜，再进行热处理，即可制得燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜；所述流延机为单层流延机，干燥方式为热风干燥或红外线干燥；
其中，步骤（1）中所述引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、异丙苯过氧化氢或叔丁基过氧化氢中的至少一种；所述催化剂为固态镍催化剂或镍-钴催化剂中的一种；
步骤（1）中各原料重量份为：二氟苯酮16~20份、磺化二氟苯酮4~8份、双酚20~25份、无水乙醇45~59份、引发剂0.5~1份、催化剂0.5~1份；
步骤（2）各重量份为：磺化聚醚醚酮预聚体31~52份、二价金属盐22~26份、三价金属盐25~40份、碳酸铵1~3份；所述水热反应的加热温度为160~190℃，反应时间为2.5~4h。
2.根据权利要求1所述一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述二价金属盐为氯化钙、氯化镁、氯化锌、氯化亚铁、氯化锰、氯化钡、氯化铜、氯化锶、氯化铅、硫酸锌、硫酸镁或硫酸铜中的一种。
3.根据权利要求1所述一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述三价金属盐为氯化铁、硫酸铁、磷酸铁、硝酸铁、氯化铝、硫酸铝、磷酸铝、硝酸铝、氯化钴、硫酸钴、磷酸钴或硝酸钴中的一种。
4.根据权利要求1所述一种燃料电池用水滑石骨架的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为200~220℃，处理时间为3~6min。
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CN111370739B (zh) * 2020-03-02 2020-11-10 成都新柯力化工科技有限公司 一种转印聚合制备燃料电池膜电极的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104017557A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 北京化工大学 一种二苯胺磺酸根插层水滑石材料的制备方法及其应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101463129B (zh) * 2008-12-04 2011-02-02 上海大学 三步法合成质子交换膜用磺化聚醚醚酮的方法
CN103236553B (zh) * 2013-04-10 2016-08-03 清华大学深圳研究生院 一种复合离子交换膜及其制备方法、液流电池
CN106893369A (zh) * 2017-01-19 2017-06-27 北京化工大学 一种含磷氮硫化合物的合成及其插层改性水滑石的制备方法
CN107452953B (zh) * 2017-08-17 2019-10-18 北京化工大学 一种用于氯离子电池的水滑石正极材料的制备方法及使用水滑石正极材料的氯离子电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104017557A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 北京化工大学 一种二苯胺磺酸根插层水滑石材料的制备方法及其应用

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