【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能高分子复合材料领域,涉及一种功能基团接枝的多孔膜和离子交换树脂复合的全氟离子交换材料。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是一种通过电化学方式直接将化学能转化为电能的发电装置,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)是质子交换膜燃料电池(proton exchangemembrane fuel cell,PEMFC)的关键材料。 现在所使用全氟磺酸质子交换膜在较低温度下(80℃)和较高的湿度下具有良好的质子传导性和化学稳定性。但是,它们也有很多的不足,如尺寸稳定性差,机械强度不高,化学稳定性差等。膜在不同的湿度下吸水率和因吸水而导致的尺寸膨胀不同,当膜在不同工况下变换时,膜的尺寸也将因此发生变化。如此反复最终导致质子交换膜的机械破损。此外,燃料电池的正极反应常常产生大量的氢氧自由基和过氧化氢等具有强氧化性的物质,这些物质会进攻成膜树脂分子上非氟基团,导致膜的化学降解和破损、起泡。最后,当全氟磺酸交换膜的工作温度高于90℃时,由于膜的迅速失水导致膜的质子传导性急剧下降,从而使燃料电池的效率大大下降。但高的工作温度可以大大提高燃料电池催化剂的耐一氧化碳性。还有就是现有的全氟磺酸膜都有一定的氢气或甲醇渗透性,尤其是在直接甲醇燃料电池中,甲醇渗透率十分大,成为致命的问题。因此,如何提高全氟磺酸质子交换膜的强度、尺寸稳定性及高温下的质子传导效率,降低工作介质的渗透性等是燃料电池工业所面临的重大课题。 目前人们已经提出了一些方法来解决这些问题。如日本专利JP-B-5-75835采 ...
【技术保护点】
一种复合材料,其特征在于:(a)所述复合材料是由一种或多种具有离子交换功能的离子交换树脂填充和覆盖到含氟聚合物多孔膜的微孔和表面而形成;(b)所述含氟聚合物多孔膜的孔表面被含溴基的功能单体接枝修饰;(c)组成复合材料的离子交换树脂中至少有一种离子交换树脂能够和含氟聚合物多孔膜上接枝的功能单体形成碳链交联的交联结构。
【技术特征摘要】
1.一种复合材料,其特征在于:(a)所述复合材料是由一种或多种具有离子交换功能的离子交换树脂填充和覆盖到含氟聚合物多孔膜的微孔和表面而形成;(b)所述含氟聚合物多孔膜的孔表面被含溴基的功能单体接枝修饰;(c)组成复合材料的离子交换树脂中至少有一种离子交换树脂能够和含氟聚合物多孔膜上接枝的功能单体形成碳链交联的交联结构。2.如权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述含溴基的功能单体是如下通式(V)和/或(VI)表述的物质的一种或多种组合:F2C==CFRf4Br(V)其中a’,b’,c’分别为0或1,但a’+b’+c’≠0;n’为0或1;X1选自F或Br;Rf4,Rf5,Rf6分别选自氟或全氟烷基。3.如权利要求1或2所述的复合材料,其特征在于,所述复合材料中离子交换树脂是由含氟烯烃、含功能基团的含氟烯单体及含交联位点的含氟烯单体共聚而成和/或是上述共聚物的混合物,EW值为600~1300,优选700~1200;所述树脂的数均分子量为150000~450000;其中,含氟烯烃优选地选自:四氟乙烯,三氟氯乙烯,三氟乙烯,六氟丙烯和/或偏氟乙烯中的一种或几种,进一步优选四氟乙烯和/或三氟氯乙烯;含功能基团的含氟烯单体优选地选自如下式(II)和/或(III)和/或(IV)所示的结构中的一种或几种:Rf3CF==CF(CF2)dY2(III) 其中,a,b,c为0~1的整数,但不可同时为零;d为0~5的整数;n为0或1;Rf1,Rf2和Rf3分别选自全氟烷基或氟氯烷基;X选自F或Br;Y1,Y2,Y3选自SO2M、COOR3或PO(OR4)(OR5),其中:M选自F、Cl、OR或NR1R2,R选自甲基、乙基或丙基,H、Na、Li、K或铵根;R1和R2分别选自H、甲基、乙基或丙基;R3选自H、Na、Li、K、铵根、甲基、乙基或丙基;R4,R5选自H、Na、Li、K或铵根;含交联位点的含氟烯单体选自如下式(V)、(VI)所示的结构中的一种或几种:F2C==CFRf4Br(V)其中a’,b’,c’分别为0或1,但a’+b’+c’≠0;X1选自F或Br;n’为0或1;Rf4,Rf5,Rf6分别选自全氟烷基。4.如权利要求1至3任一项所述的复合材料,其特征在于,所述含氟聚合物多孔膜的材料选自:聚四氟乙烯多孔膜,聚四氟乙烯-六氟丙烯膜,聚偏氟乙烯多孔膜(PVDF),聚三氟氯乙烯多孔膜和聚四氟乙烯-乙烯(ETFE)多孔膜,这些膜可以是单向拉伸膜或双向拉伸膜;所述含氟聚合物多孔膜的厚度不大于100微米,孔隙率为50~97%;孔径为0.1~10微米;优选地,含氟聚合物多孔膜的厚度为5~20微米,孔隙率为60~97%,孔径为0.2~5微米。5.如权利要求1至4任一项所述的复合材料,其特征在于,所述复合材料含有高价金属化合物,离子交换树脂中的部分酸性交换基团通过高价金属化合物形成物理键合;优选地,所述的形成物理键合的高价金属化合物选自下列元素的化合物的一种或多种组合:W,Zr,Ir,Y,Mn,Ru,Ce,V,Zn,Ti和La元素; 进一步优选地,高价金属离子化合物选自这些金属元素的最高价态和中间价态的硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐中的一种或组合复盐;或选自这些金属元素的最高价态和中间价态的...
【专利技术属性】
技术研发人员:张永明,唐军柯,刘萍,张恒,王军,
申请(专利权)人:山东东岳神舟新材料有限公司,
类型:发明
国别省市:37
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