一种SiO₂/全氟磺酸树脂复合质子交换膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种SiO2/全氟磺酸树脂复合质子交换膜及其制备方法，该膜是由经铈或/和锰掺杂的SiO2和全氟磺酸树脂构成的，所述的全氟磺酸树脂为具有磺酸基(-SO3-)的H型树脂或具有磺酰氟基(-SO2F)的F型树脂，当量值(EW)为600～1300g/mmol。本发明制备的复合质子交换膜具有较高的质子电导率和机械强度，能够有效阻止氢气及甲醇的穿透，利于燃料电池性能的提高。

主权项

一种SiO2/全氟磺酸树脂复合质子交换膜的制备方法，采用溶胶‑凝胶原位复合的方法制备SiO2/全氟磺酸树脂复合质子交换膜，所述SiO2经过Ce或/和Mn离子掺杂改性，步骤如下：(1)将一定量可溶铈盐或/和锰盐溶于醇‑水混合溶剂中，并用磁力搅拌器搅拌均匀，形成铈或/和锰掺杂离子溶液；(2)将正硅酸乙酯(TEOS)和表面活性剂按摩尔比0.05～1∶1溶于有机溶剂中，调节pH＝2～3，超声处理30～90分钟，形成硅源溶液；将(1)所得铈或/和锰掺杂离子溶液滴加到硅源溶液，继续超声处理30～120分钟形成稳定溶胶，制得铈或/和锰离子掺杂的二氧化硅溶胶；其中，铈或锰离子掺杂量为正硅酸乙酯摩尔量的0.2～5％；(3)将(2)所得铈或/和锰离子掺杂的二氧化硅溶胶加入到全氟磺酸树脂溶液中，搅拌1～5小时，形成稳定的成膜溶液，其中二氧化硅含量为1～15wt％；(4)采用下列方式之一成膜：A、将(3)所得成膜溶液通过涂覆、流延或喷涂成膜工艺制膜，所得湿膜于空气中15～30℃陈化3‑7小时；将该膜于室温干燥后，在异丙醇溶液中浸15分钟，除去表面活性剂，然后置于120℃干燥烘箱处理30分钟，即得复合质子交换膜；或，B、将(3)成膜溶液成膜后通过热压方式再与全氟磺酸树脂膜复合，制得复合质子交换膜；或C、将(2)所得铈或/和锰离子掺杂的二氧化硅溶胶采用喷涂、涂覆、流延或浸渍成膜工艺复合到全氟磺酸树脂膜两侧，所得湿膜于空气中15～30℃陈化2‑6小时；在将该膜于室温干燥后，在异丙醇溶液中浸15分钟，除去表面活性剂，而后置于120℃干燥烘箱处理30分钟，即得复合质子交换膜。