自增湿固体电解质复合膜及其制备工艺

摘要

自增湿固体电解质复合膜及其制备工艺，涉及一种燃料电池固体电解质复合膜及其制备。本发明以磺化树脂为基底掺杂结晶水合物并采用高温、高压溶解，用流延法成膜。该复合膜不含贵金属，能进行质子与水的传递，不能进行电子与气体的传递，制造成本低廉；可使质子交换膜燃料电池无需增湿器就能自增湿发电，提高了发电系统的比功率；并且该复合膜的质子传导能力很强，电导率可超过0.08S.cm^-1，它组装的燃料电池功率密度可超过2.0W/cm²；电池放电性能稳定，寿命可达到上万小时；而且本发明采用独创的制备工艺，使得成膜面积可超过1m²，适合于大规模生产，有利于推动质子交换膜燃料电池的产业化。

主权项

1.一种自增湿固体电解质复合膜，其特征在于：所述的复合膜是采用以磺化树脂为基底掺杂结晶水合物制备而成，其制备步骤如下：(1)将掺杂的结晶水合物液流破碎成颗粒尺寸为5～100nm之间；所述的结晶水合物为H₃PW₁₂O₄₀·nH₂O、H₃PMo₁₂O₄₀·nH₂O、H₄SiW₁₂O₄₀·nH₂O、H_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂·nH₂O、H_1+xY_xZr_2-x(PO₄)₃·nH₂O、H_xZr_1+xNb_1-x(PO₄)₃·nH₂O、H_1.28Zn_0.36SO₄·nH₂O、H_1.6Mg_0.2SO₄·nH₂O、H_1.72Mg_0.14SO₄·nH₂O、ZrHPO₄·nH₂O或CaHPO₄·nH₂O中的任一种；(2)使磺化树脂与无水醇类溶剂在惰性气体保护下于压力为0.5～8MPa、温度为200～650℃的高压釜内溶解，制得A溶液；所述的磺化树脂采用如下式I的全氟磺酸聚合物或式II的含芳环结构的磺化聚合物或磺化PBI聚合物；式II中芳环结构聚合物的X代表：X≠脂肪族C-H基团；X＝-S-：聚亚苯基硫化物；X＝-O-：聚亚苯基氧化物；X＝-SO₂-：聚砜；X＝-NHCO-：聚酰胺；X＝-COO-：聚脂；X＝-CO-：聚酮；(3)将所述的结晶水合物与无水醇类溶剂在惰性气体保护下于压力为0.5～8MPa、温度为110～300℃的高压釜内溶解，制得B溶液；(4)取所述B溶液和A溶液，按结晶水合物与磺化树脂质量百分比为0.5～30％配料，并在压力为0.5～8MPa、温度为200～650℃下均匀混合；制得均匀混合溶液；(5)将步骤(4)中的混合均匀的溶液在常压下冷却至150～580℃，采用流延法成膜；(6)在室温下干燥后，置于80～550℃温度下及惰性环境下进行热处理。