【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体地，涉及一种耐高温氢燃料电池离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、燃料电池是一种能量转化设备，可将燃料中的化学能，经过电化学反应，直接、快速转换成电能。氢燃料电池则是以氢气为燃料，氢气送到燃料电池的阳极板，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过离子交换膜，到达燃料电池阴极板，而电子是不能通过离子交换膜的，电子只能经外部电路到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流；电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水；由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水带走，就可以不断地提供电能。
2、离子交换膜在氢燃料电池中的作用是传导质子、阻隔燃料和氧化剂，其中，全氟磺酸离子交换膜具有良好的质子传导率和理化性能，被广泛应用在燃料电池中；现有技术中，通常在膜材中掺杂一定量的质子传导介质，如离子液体、磷酸等，提升膜材的质子传导率，但是，燃料电池的工作温度达到120℃以上，这些质子传导分散不均且易流失，导致在高温下膜材的质子传导率下降，进而使得电池能量效率难以提升。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种耐高温氢燃料电池离子交换膜及其制备方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，由磷化mof和全氟磺酸树脂流延成膜；
4、其中，磷化mof由以下方法制
5、步骤a1：将乙烯基膦酸、光敏剂和丙酮混匀，用醋酸调节反应体系的ph值为4-5，冰水浴控制温度为5-15℃，搅拌并辅以紫外辐照，间断加入乙二硫醇，控制乙二硫醇的加入反应总时间为6-8h，反应结束旋蒸脱除丙酮，得到磷化剂；
6、进一步地，乙二硫醇、乙烯基膦酸、光敏剂和丙酮的用量比为0.1mol：0.2mol：8-12mg：25-35ml，在紫外辐照和光敏剂的引发下，乙二硫醇与乙烯基膦酸加成，形成含硫醚的化合物；
7、优选地，光敏剂为光引发剂784，紫外辐照强度为550-700w/m2。
8、步骤a2：将磷化剂和去离子水混溶并升温至80-90℃作为负载液，再将八水氧氯化锆和富马酸用二甲基乙酰胺溶解，超声震荡下缓慢加入到负载液中，完全加入后增压并升温至120-140℃继续反应3-4h，反应结束离心，取底层沉淀洗涤、干燥，得到磷化mof；
9、进一步地，八水氧氯化锆、富马酸和磷化剂的用量摩尔比为1：0.88-0.95：0.1-0.15，负载液中磷化剂的质量分数为4-6%，富马酸为配体与八水氧氯化锆形成金属框架化合物作为载体，磷化剂分子中的含磷硫醚结构形成螯合作用与载体结合掺杂。
10、所述耐高温氢燃料电池离子交换膜，由以下方法制备：
11、步骤s1：用氢氧化钠配置碱性异丙醇水溶液，加入全氟磺酸树脂混溶，升温回流2.5-3h，之后用甲酸中和，再加入磷化mof混匀，得到铸膜液；
12、进一步地，碱性异丙醇水溶液的ph值为9-10，磷化mof的用量为全氟磺酸树脂的0.9-1.1wt%。
13、步骤s2：将铸膜液真空烘制，出料转入钢带流延机中流延成膜，之后浸入去离子水中清洗、干燥，得到耐高温氢燃料电池离子交换膜。
14、进一步地，真空烘制后铸膜液的固含量为13-17wt%。
15、进一步地，流延成膜过程中干燥温区设置为：一区45-55℃，二区75-90℃，三区60-70℃，四区50-60℃。
16、本专利技术的有益效果：
17、本专利技术公开的离子交换膜以全氟磺酸树脂为基体，通过引入自制的磷化mof提升膜材的高温质子交换稳定性；该磷化mof由乙二硫醇与乙烯基膦酸加成，制成含硫醚结构的磷化物，即磷化剂，再通过液相转化工艺，以富马酸为配体，与八水氧氯化锆形成金属框架化合物作为载体，利用磷化剂分子中含磷硫醚结构的螯合作用与载体结合掺杂，金属框架化合物自身为良好的质子导体，掺杂在全氟磺酸树脂中可提升质子交换能力，其具有高比表面积、富含微观孔隙，液相转化原位负载的磷化剂分散性高，同时由螯合作用锚固，在高温环境中不易流失，保持稳定的分散结构，而由磷化剂引入的磷结构组成质子传递的氢键网络，大大提升膜材料的高温质子传递稳定性。
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1.一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，由磷化MOF和全氟磺酸树脂流延成膜；
2.根据权利要求1所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，乙二硫醇、乙烯基膦酸、光敏剂和丙酮的用量比为0.1mol：0.2mol：8-12mg：25-35mL。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，光敏剂为光引发剂784，紫外辐照强度为550-700W/m2。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，八水氧氯化锆、富马酸和磷化剂的用量摩尔比为1：0.88-0.95：0.1-0.15，负载液中磷化剂的质量分数为4-6%。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，碱性异丙醇水溶液的pH值为9-10，磷化MOF的用量为全氟磺酸树脂的0.9-1.1wt%。
7.根据权利要求5所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，流延成膜过程中干燥温区设置为：一区45-55℃，二区75-90℃，三区60-70℃，四区50-60℃。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，由磷化mof和全氟磺酸树脂流延成膜；
2.根据权利要求1所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，乙二硫醇、乙烯基膦酸、光敏剂和丙酮的用量比为0.1mol：0.2mol：8-12mg：25-35ml。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，光敏剂为光引发剂784，紫外辐照强度为550-700w/m2。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温氢燃料电池离子交换膜，其特征在于，八水氧氯化锆、富马酸和磷化剂的用量摩尔比为1：0.88-0.95：0.1-0.15，负载液中磷化剂的质量分数为4-6%。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆建国，周韵，
申请(专利权)人：泰兴膜芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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