一種磷鎢酸—聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃料電池所用質(zhì)子交換膜的制備方法，具體為一種磷鎢酸—聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法，該方法首先將聚乙烯醇縮甲醛溶解于醇水混合溶液中制成高分子溶液，加入濃磷酸和鎢酸鈉或磷鎢酸，將其加熱、攪拌，形成溶液，將溶液澆注在玻璃板上并烘干成膜，即得到磷鎢酸—聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜，本發(fā)明制備的復(fù)合質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能優(yōu)異，其質(zhì)子傳導(dǎo)速率大于Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，而且具有良好的穩(wěn)定性；溶脹度小于Nafion膜的溶脹度；而且本發(fā)明制備工藝簡單，制膜成本低于制Nafion膜成本，易于產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】—種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池所用質(zhì)子交換膜的制備方法，具體為一種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因?yàn)槠涓吣苄Ш蜔o污染等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的清潔能源之一，質(zhì)子交換膜燃料電池直接將燃料和氧化劑(O2)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種新型的發(fā)電裝置。同時(shí)，質(zhì)子交換膜燃料電池體積小、重量較輕，使用起來安全方便，足以代替現(xiàn)在便攜式電動(dòng)裝置上使用的傳統(tǒng)充電電池，如移動(dòng)電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、電動(dòng)自行車等。高功率的質(zhì)子交換膜燃料電池甚至還可以用于汽車上，質(zhì)子交換膜燃料電池已經(jīng)成為未來新型能源的一個(gè)重要研究方向。
[0003]作為燃料電池的核心材料，質(zhì)子交換膜起到了使質(zhì)子(H+)選擇性的從陽極傳導(dǎo)到陰極的作用，同時(shí)它阻隔了燃料和氧化劑。質(zhì)子交換膜的性能決定著燃料電池性能。
[0004]目前應(yīng)用于燃料電池中的質(zhì)子交換膜為全氟磺酸膜，例如美國杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜。Nafion膜的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性好，質(zhì)子導(dǎo)電性能優(yōu)良，但其存在成本高和溫度超過100°C時(shí)質(zhì)子電導(dǎo)率急速下降等缺點(diǎn)，限制了它的商業(yè)化應(yīng)用。因此，開發(fā)成本低、穩(wěn)定性好的質(zhì)子交換膜成為了研究熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)成本高和穩(wěn)定性低的問題，提供了一種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案`實(shí)現(xiàn)的:一種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
將質(zhì)量份為50-80份的聚乙烯醇縮甲醛溶于質(zhì)量份為100-2400份的醇水混合溶液，制得聚乙烯醇縮甲醛溶液，其中，聚乙烯醇縮甲醛的縮合度為30%-45%，醇水混合溶液中醇和水的體積比為1:10 —10:1，所選的醇為甲醇、乙醇、丙醇或異丙醇中的一種；
將聚乙烯醇縮甲醛溶液加熱至45°C _100°C，并攪拌1-10小時(shí)；
將上述溶液降溫至20°C _40°C，然后向溶液中加入質(zhì)量份為5-50份的磷鎢酸或質(zhì)量份分別為5-35份和5-15份的鎢酸鈉和質(zhì)量百分比濃度為60%-85%的濃磷酸的混合物，將溶液加熱到60°C _100°C，并攪拌1-5小時(shí)，再自然冷卻，得到澆注溶液；
澆注溶液澆注在玻璃板上，并控制澆注在玻璃板上的膜厚度為80-200微米，真空烘干3-24h，真空烘干的溫度為40°C -70°C，得到磷鎢酸-聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜。
[0007]聚乙烯醇縮甲醛是一種良好的成膜材料，具有較高的強(qiáng)度、剛度和硬度，并有良好的黏結(jié)性和化學(xué)穩(wěn)定性，現(xiàn)將聚乙烯醇縮甲醛配置成溶液，向配置成的溶液中加入具有質(zhì)子導(dǎo)電能力的磷鎢酸或者生成磷鎢酸的原料鎢酸鈉和濃磷酸，加入的磷鎢酸或者由原料合成的磷鎢酸能提高聚乙烯醇縮甲醛的質(zhì)子電導(dǎo)率，最后制得的磷鎢酸-聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜具有良好的穩(wěn)定性和質(zhì)子電導(dǎo)率，本發(fā)明制作工藝簡單，制模成本低于制Nafion膜的成本；本方法中的工藝參數(shù)都由科研人員優(yōu)選得出，特別是聚乙烯醇縮甲醛的縮合度、聚乙烯醇縮甲醛和磷鎢酸或生成磷鎢酸的原料鎢酸鈉和濃磷酸之間的配比和最后成膜的厚度都是由科研人員經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的，為此科研人員付出了創(chuàng)造性的勞動(dòng)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有材料和技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明制成的質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能優(yōu)異，其質(zhì)子傳導(dǎo)速率大于Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，而且具有良好的穩(wěn)定性；
2.本發(fā)明制成的質(zhì)子交換膜溶脹度小于Nafion膜的溶脹度；
3.本發(fā)明制備工藝簡單，制膜成本低于制Nafion膜成本，易于產(chǎn)業(yè)化。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例一:
一種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
將5克的縮合度為45%的聚乙烯醇縮甲醛溶于100克的甲醇和水的混合溶液，制得聚乙烯醇縮甲醛溶液，甲醇和水的體積比為1:9 ；
將聚乙烯醇縮甲醛溶液加熱至100°C，并攪拌10小時(shí)；
將上述溶液降溫至40°C，向溶液中加入3.5克的鎢酸鈉和1.5克的質(zhì)量百分比濃度為85%的濃磷酸，然后將溶液加熱到100°C，并攪拌5小時(shí)，再自然冷卻，得到澆注溶液；
澆注溶液澆注在玻璃板上，并控制澆注在玻璃板上的膜厚度為200微米，真空烘干24h，真空烘干的溫度為70°C，得到磷鎢酸-聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜。
[0010]通過四電極交流阻抗法測制得的質(zhì)子交換膜和Nafionll7的電導(dǎo)率，再測試制得的質(zhì)子交換膜和Nafionll7的溶脹率，測溶脹率的具體步驟為:將干的制得的質(zhì)子交換膜和Nafionl 17都剪裁成大小為2cmX4cm的長方形膜片(設(shè)面積為Sd)，浸入水溶液中，充分溶脹24h后取出，測定濕的質(zhì)子交換膜和Nafionll7的尺寸，得到面積Sw，通過下式計(jì)算膜的溶脹率SD:SD= (Sw-Sd) / SdX 100%,結(jié)果如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種磷鎢酸一聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 將質(zhì)量份為50-80份的聚乙烯醇縮甲醛溶于質(zhì)量份為100-2400份的醇水混合溶液，制得聚乙烯醇縮甲醛溶液，其中，聚乙烯醇縮甲醛的縮合度為30%-45%，醇水混合溶液中醇和水的體積比為1:10 —10:1，所選的醇為甲醇、乙醇、丙醇或異丙醇中的一種； 將聚乙烯醇縮甲醛溶液加熱至45°C _100°C，并攪拌1-10小時(shí)； 將上述溶液降溫至20°C _40°C，然后向溶液中加入質(zhì)量份為5-50份的磷鎢酸或質(zhì)量份分別為5-35份和5-15份的鎢酸鈉和質(zhì)量百分比濃度為60%-85%的濃磷酸的混合物，將溶液加熱到60°C _100°C，并攪拌1-5小時(shí)，再自然冷卻，得到澆注溶液； 澆注溶液澆注在玻璃板上，并控制澆注在玻璃板上的膜厚度為80-200微米，真空烘干3-24h，真空烘干的溫`度為40°C -70°C，得到磷鎢酸-聚乙烯醇縮甲醛復(fù)合質(zhì)子交換膜。
【文檔編號】C08L29/14GK103627012SQ201310624530
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】羅居杰, 宋艷慧, 解小玲, 何宏偉, 王亞玲, 盧盼娜 申請人:太原理工大學(xué)