【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池隔膜，具体来说涉及一种质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
1、当今世界，能源的发展，能源和环境的协调关系，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国经济发展的首要问题。自20世纪90年代以来，随着能源危机和环境污染问题的日益严重，全世界越来越关注环境问题及“绿色”技术。从世界能源发展趋势来看，在未来50年，世界能源结构仍然是以石化燃料为主导，以可再生能源和新能源为补充，开发和使用经济、清洁能源(包括可再生和不可再生能源)是21世纪世界能源科技的主题。作为21世纪世界范围内大力发展和推广的燃料电池技术，其成为公认的继火电、水电、核电之后的第四代大规模发电方式，燃料电池能缓解能源危机和保持国民经济的可持续发展，是一种能量转化效率高而又没有污染或低污染、低噪音的发电技术。因此，燃料电池成为当今能源研究的热点。
2、质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种以氢气为燃料，氧气为氧化剂的发电装置。质子交换膜是pemfc的核心部件，为质子提供单向传输通道的同时，起着隔绝两侧燃料和氧化剂的作用。为了保证电池的高效运行，质子交换膜必须具备以下特点：高质子传导性、高化学稳定性和机械稳定性；
3、全氟磺酸质子交换膜是目前应用最广的质子交换膜，代表公司为du pont公司生产的nafion系列隔膜，但nafion类隔膜仍存在下述缺点：制作困难、成本高，全氟物质的合成和磺化都非常困难，而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致成本较高；针对这些缺陷，国内学者进行了大量的研究。全氟磺酸膜的改
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种质子交换膜。
2、本专利技术的另一目的在于提供制备上述质子交换膜的方法。
3、本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
4、一种质子交换膜，包括：改性填料(tio2&pss)、聚丙烯腈(pan)和全氟磺酸树脂(pfsa)，其中，按质量份数计，所述改性填料(tio2&pss)、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂的比为(0.5～2)：(1～4)：(4.2～5.8)，所述改性填料(tio2&pss)的制备方法，包括以下步骤：
5、步骤1，将硅烷偶联剂、水和无水乙醇混合至均匀，得到第一溶液，其中，按质量份数计，硅烷偶联剂、水和无水乙醇的比为(1～5)：(8～20)：(75～91)；
6、步骤2，将所述第一溶液、苯乙烯磺酸钠(pss)和二氧化钛混合至均匀，于60～90℃加热反应10～14h，干燥，得到改性填料，其中，按质量份数计，硅烷偶联剂、苯乙烯磺酸钠和二氧化钛的比为(1～5)：(1～3)：(3～5)。
7、在上述技术方案中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和氨基硅烷中的一种，例如为氨基peg硅烷。
8、在上述技术方案中，在步骤2中，将第一溶液、苯乙烯磺酸钠和二氧化钛混合，超声10～20min至均匀。
9、在上述技术方案中，在步骤2中，所述干燥的温度为60～90℃，干燥的时间为10～14h。
10、在上述技术方案中，按质量份数计，所述改性填料(tio2&pss)、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂的比优选为(1～2)：(2～3)：(4.5～5.5)，再优选为(1.2～1.7)：(2～3)：(4.7～5.2)。
11、制备上述质子交换膜的方法，包括以下步骤：
12、s1，将改性填料、聚丙烯腈(pan)、全氟磺酸树脂和第一溶剂混合至均匀，得到质子交换膜浆料，其中，按质量份数计，所述改性填料(tio2&pss)、聚丙烯腈、全氟磺酸树脂和第一溶剂的比为(0.5～2)：(1～4)：(4.2～5.8)：(88.2～96)；
13、在s1中，将改性填料、聚丙烯腈(pan)、全氟磺酸树脂和第一溶剂混合，于140～160℃以400～600r/min的速度搅拌2～6h至均匀。
14、在s1中，所述第一溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)。
15、s2，将质子交换膜浆料浇铸在基板上，干燥，得到质子交换膜前体，后处理(用于端基稳定化处理)，在基板上得到质子交换膜。
16、在s2中，基板上质子交换膜浆料的负载量为0.0375～0.055g/cm2。
17、在s2中，所述干燥包括：先于60～90℃干燥10～14h，再于110～130℃干燥1～2h。
18、在s2中，所述后处理的方法为：将质子交换膜前体浸泡在60～90℃的硫酸中0.5～1.5h，再于60～90℃的双氧水中浸泡0.5～1.5h，取出，洗涤，干燥。
19、在后处理的方法中，所述硫酸中h2so4的浓度为0.5～1.2mol/l。
20、在后处理的方法中，所述双氧水中h2o2的浓度为2.5～3.5wt％。
21、在后处理的方法中，所述洗涤为：先采用常温的水清洗，再于60～90℃的水中浸泡0.5～1.5h。
22、在后处理的方法中，干燥的温度为60～90℃，干燥的时间为10～14h。
23、改性填料(tio2&pss)、聚丙烯腈(pan)和全氟磺酸树脂(pfsa)在提高隔膜质子传导率、力学性能和/或水解稳定性中的应用。
24、在上述技术方案中，所述改性填料(tio2&pss)的制备方法，包括以下步骤：
25、步骤1，将硅烷偶联剂、水和无水乙醇混合至均匀，得到第一溶液，其中，按质量份数计，硅烷偶联剂、水和无水乙醇的比为(1～5)：(8～20)：(75～91)；
26、步骤2，将所述第一溶液、苯乙烯磺酸钠(pss)和二氧化钛混合至均匀，于60～90℃反应10～14h，干燥，得到改性填料，其中，按质量份数计，硅烷偶联剂、苯乙烯磺酸钠和二氧化钛的比为(1～5)：(1～3)：(3～5)。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
28、1.本专利技术通过pfsa和pan复合，并引入改性填料，使得质子交换膜具有良好的成膜性能、较高质子电导率的同时具有优异的力学性能和化学稳定性；改性填料的引入提升了质子交换膜的综合性能；
29、2.本专利技术制备质子交换膜的方法具有操作简单以及可重复性高的优点；
30、3.解决了纯pfsa隔膜力学性能较差、溶液流动性大、成膜性差的问题，改性填料的引入提升了隔膜的性能。
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1.一种改性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述制备方法获得的改性填料。
3.一种质子交换膜，其特征在于，包括：权利要求2所述改性填料、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂，其中，按质量份数计，所述改性填料、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂的比为(0.5～2)：(1～4)：(4.2～5.8)。
4.制备权利要求3所述质子交换膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在S1中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在S2中，基板上质子交换膜浆料的负载量为0.0375～0.055g/cm2。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在S2中，所述后处理的方法为：将质子交换膜前体浸泡在60～90℃的硫酸中0.5～1.5h，再于60～90℃的双氧水中浸泡0.5～1.5h，取出，洗涤，干燥。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述硫酸中H2SO4的浓度为0.5～1.2mol/L，所述双氧水中H2O2的浓度为2.5～3.5w
9.改性填料、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂在提高隔膜质子传导率、力学性能和/或水解稳定性中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述改性填料的制备方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种改性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述制备方法获得的改性填料。
3.一种质子交换膜，其特征在于，包括：权利要求2所述改性填料、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂，其中，按质量份数计，所述改性填料、聚丙烯腈和全氟磺酸树脂的比为(0.5～2)：(1～4)：(4.2～5.8)。
4.制备权利要求3所述质子交换膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在s1中，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在s2中，基板上质子交换膜浆料的负载量为0.037...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏碧海，袁海朝，王曜，徐锋，王晓静，高杨，贾湃湃，李启琳，
申请(专利权)人：河北金力新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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