【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，尤其涉及一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、燃料电池技术是一种高效的能源转换方式，相较于传统内燃机等能源转换方式具有显著优势。这种技术能将化学燃料(如氢、甲醇、乙醇和天然气等)中的能量直接转换为电能，且在这一反应过程中不受卡诺循环的限制。因此，燃料电池具有更高的能量转换效率和较低的温室气体排放。如今，这项技术已被广泛应用于各个领域，包括航天、汽车以及便携式电力设备等。
2、在众多燃料电池类型中，质子交换膜燃料电池(pemfc)因其清洁、高转化率、无污染和低温启动等特点而受到广泛关注，被认为是最具发展潜力的能源转换装置。作为关键组件的质子交换膜(pem)在传递质子和阻止燃料渗透方面发挥着至关重要的作用。质子交换膜的性能直接关系到pemfc的使用寿命与效率。为实现更高效、安全和耐用的质子交换膜燃料电池，质子交换膜需具备以下特性：①出色的质子传导性能：质子传导率是衡量pemfc性能的关键指标之一。快速高效的质子传输有助于实现pemfc的卓越性能。②优越的气体阻隔性能：低气体渗透对pemfc的长期稳定运行至关重要。过高的气体渗透可能导致开路电压损失，从而降低pemfc的输出性能。③高度的化学稳定性：具有稳定化学结构的质子交换膜材料在燃料电池中降解较慢，有利于延长电池寿命。④卓越的机械稳定性：在质子交换膜电极组装过程中，膜材料的拉伸强度应不低于5mpa，以防止膜材料受损，确保电池性能不受影响。⑤优秀的热稳定性：质子交换膜材料需具备良好的热稳定性，以确保在高温条件下不因热降解而
3、然而，最新的质子交换膜采用了创新的增强膜技术，与采用传统聚四氟乙烯支撑的全氟磺酸树脂(pfsa)相比有显著差异。这种新方法使用膨胀多孔聚四氟乙烯(e-ptfe)作为增强材料，成功地减少了全氟磺酸树脂的用量，同时将膜厚控制在25μm以内，仍能保持与纯全氟磺酸树脂膜相当的电池性能。基于e-ptfe的增强膜具有诸多优点，如高质子传导率、在低相对湿度(rh)环境下的卓越保湿性、优异的热/机械稳定性和较低的材料成本等。
4、然而，值得注意的是，高度亲水的全氟磺酸聚合物与高度疏水的e-ptfe之间存在相容性差的问题。此外，pfsa本身也存在严重的体积变化现象，即在干燥和潮湿条件下反复吸水后出现收缩和膨胀，这可能导致界面缺陷，如裂纹、间隙和分层等，从而不可逆地损害燃料电池的性能。
5、此外，阴极侧的不完全氧还原反应或通过质子交换膜(pem)的气体渗透产生的强氧化性羟基(·oh)、氢过氧基(·ooh)和氢(·h)自由基会攻击全氟磺酸树脂(pfsa)的主链和侧链，从而导致pfsa的降解。这是质子交换膜燃料电池(pemfc)寿命衰减的一个重要因素。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜及其制备方法。旨在解决现有的使用膨胀多孔聚四氟乙烯作为增强材料与全氟磺酸树脂制备获得的质子交换膜存在的相容性差，易出现裂纹、间隙和分层，以及因全氟磺酸树脂的降解导致的使用寿命衰减的问题。本专利技术通过使用邻苯二酚与多胺对膨胀多孔聚四氟乙烯表面将进行原位聚合改性，改善亲水的全氟磺酸聚合物和疏水的膨胀多孔聚四氟乙烯之间界面相容性，进而提高复合质子交换膜的机械稳定性，以及减少气体渗透；同时邻苯二酚结构具有一定的清除自由基能力，能有效改善膜的化学稳定性。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：
4、s01：配制含有邻苯二酚及多胺以及ph缓冲剂的水溶液；其中，所述邻苯二酚的浓度为0.001-0.01mol/l；所述多胺的浓度为0.001-0.01mol/l；溶液整体ph值控制在7.5-10；
5、s02：将膨胀多孔薄膜浸泡在步骤s01配制的溶液中浸泡处理1-72小时，冲洗干净后，干燥备用；
6、s03：将树脂和溶剂混合配制成浆料，经搅拌、超声后，获得树脂浆料；
7、s04：将步骤s03配制的树脂浆料滴到玻璃板上，控制涂布高度为50-400微米进行涂布，将步骤s02得到的膨胀多孔薄膜平铺于树脂浆料上，待其完全浸润后，控制涂布台温度为40-90℃，至树脂浆料完全固化；
8、s05：将步骤s03配制的树脂浆料滴到步骤s04处理后的膨胀多孔薄膜上，控制涂布高度为50-400微米进行涂布；
9、s06：将步骤s05涂布后的膨胀多孔薄膜进行烘干，控制温度为40-90℃，烘干时间为1-8小时；
10、s07：升高鼓风干燥箱温度，在120-200℃下热处理20-50min，获得邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜。
11、在步骤s01中，所述多胺优选为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或五乙烯六胺中的一种或几种。
12、进一步地，在步骤s01中，所述缓冲剂优选为三羟甲基氨基甲烷或4-羟乙基哌嗪乙磺酸中的至少一种。
13、进一步地，在步骤s01中，所述ph缓冲剂的浓度为0.001-0.01mol/l。
14、在步骤s02中，所述膨胀多孔薄膜优选为膨胀多孔聚四氟乙烯、膨胀多孔聚苯并咪唑、膨胀多孔聚乙烯、膨胀多孔聚苯乙烯和人造石墨或膨胀多孔聚乙烯亚胺中的一种或至少两种的混合物。
15、进一步地，在步骤s02中，所述浸泡处理时间优选为3-20h。
16、进一步地，在步骤s02中，所述冲洗优先采用去离子水冲洗。
17、进一步地，在步骤s02中，所述干燥优选为在40-100℃的鼓风干燥箱中干燥1-24小时。进一步优选地，所述干燥的温度优选为60-80℃，所述干燥的处理时间优选为6-12h。
18、在步骤s03中，所述树脂优选为磺化聚酰亚胺、磺化聚偏氟乙烯、磺化聚酰亚胺、短侧支链全氟磺酸、磺化聚偏二氟乙烯、磺化聚苯硫醚、磺化聚醚醚酮或磺化聚醚砜中的一种或至少两种的混合物。
19、进一步地，在步骤s03中，所述溶剂优选为去离子水、甲醇、乙醇、正己烷、正丙醇、异丙醇、dmf、dmac或dmso中的一种或至少两种的混合物。
20、进一步地，在步骤s03中，所述树脂与所述溶剂的质量比为1:3-10。
21、进一步地，在步骤s03中，所述搅拌的时间为1-24小时，所述超声的时间为1-8小时；进一步优选地，所述搅拌的时间优选为3-20小时；所述超声的时间优选为3-6h。
22、在步骤s04中，所述涂布高度优选为100-200μm；所述控制涂布台的温度优选为60-90℃。
23、在步骤s05中，所述涂布高度优选为100-200μm。
24、在步骤s06中，所述烘干优选在鼓风干燥箱中进行烘干。进一步地，所述烘干的温度优选为60-90℃；所述烘干的时间优选为1-10h。
25、在步骤s07中，所述热处理的温度优选为140-180℃，所述热处理的时间优选为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S01中，所述多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或五乙烯六胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S01中，所述缓冲剂为三羟甲基氨基甲烷或4-羟乙基哌嗪乙磺酸中的至少一种；所述pH缓冲剂的浓度为0.001-0.01mol/L。
4.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S02中，所述膨胀多孔薄膜为膨胀多孔聚四氟乙烯、膨胀多孔聚苯并咪唑、膨胀多孔聚乙烯、膨胀多孔聚苯乙烯和人造石墨或膨胀多孔聚乙烯亚胺中的一种或至少两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S02中，所述浸泡处理时间为3-20h；
6.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S03中，所述树脂为
7.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S03中，所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、正己烷、正丙醇、异丙醇、DMF、DMAc或DMSO中的一种或至少两种的混合物；
8.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S03中，所述搅拌的时间为1-24小时，所述超声的时间为1-8小时。
9.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤S04中，所述涂布高度为100-200μm；所述控制涂布台的温度为60-90℃；
10.一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜由权利要求1-9任一项所述的制备方法获得。
...【技术特征摘要】
1.一种邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤s01中，所述多胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或五乙烯六胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤s01中，所述缓冲剂为三羟甲基氨基甲烷或4-羟乙基哌嗪乙磺酸中的至少一种；所述ph缓冲剂的浓度为0.001-0.01mol/l。
4.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤s02中，所述膨胀多孔薄膜为膨胀多孔聚四氟乙烯、膨胀多孔聚苯并咪唑、膨胀多孔聚乙烯、膨胀多孔聚苯乙烯和人造石墨或膨胀多孔聚乙烯亚胺中的一种或至少两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的邻苯二酚及多胺改性的质子交换膜的制备方法，其特征在于：在步骤s02中，所述浸泡处理时间为3-20h；
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：董书达，李金阳，张震，
申请(专利权)人：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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