含有膦酸结构单元的质子交换膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115991821A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202211269110.9(51)Int.Cl.(22)申请日2022.10.17C08F214/26(2006.01)C08F214/24(2006.01)(66)本国优先权数据C08F214/28(2006.01)202111209191.92021.10.18CNC08F236/16(2006.01)(71)申请人山东东岳未来氢能材料股份有限公C08F214/22(2006.01)司C08F214/18(2006.01)地址256400山东省淄博市桓台县唐山镇C08F216/14(2006.01)东岳氟硅材料产业园区C08F230/02(2006.01)(72)发明人张永明邹业成张建宏张恒C08F234/02(2006.01)王丽夏立超刘训道王振华C08F224/00(2006.01)史翔苏璇刘烽B01J39/20(2006.01)C08J5/22(2006.01)(74)专利代理机构山东竹森智壤知识产权代理H01M8/1039(2016.01)有限公司37382H01M8/1069(2016.01)专利代理师王茜权利要求书3页说明书8页(54)发明名称燃料电池，电化学氢泵、电解水制氢、电解池装含有膦酸结构单元的质子交换膜及其制备置，尤其是高温燃料电池中。方法(57)摘要本发明属于含氟高分子材料领域，具体提供一种含有膦酸结构单元的质子交换膜及其制备方法。本发明所提供的含有膦酸结构单元的质子交换膜是由含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂、多孔纤维增强层材料和助剂组成，含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂其结构式为本发明所提供的质子交换膜含有的膦酸结构单元克服现有质子交换膜在高温条件下的低质子传导性问题，并且在高温条件下具有更高的结构稳定性、良好CN115991821A的机械性能。本发明所提供的质子交换膜可用于CN115991821A权利要求书1/3页1.一种含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述含有膦酸结构单元的质子交换膜原料包括含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂。2.根据权利要求1所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述含有膦酸结构单元的质子交换膜在150℃下的质子传导率大于70mS/cm；所述含有膦酸结构单元的质子交换膜的厚度为5～250μm，优选地，所述含有膦酸结构单元的质子交换膜的厚度为8～150μm，更优选地，所述含有膦酸结构单元的质子交换膜的厚度为8～50μm。3.根据权利要求1所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂由氟烯烃/氟烯醚、全氟乙烯膦酸酯单体和全氟乙烯基醚磺酰氟单体三元共聚得到前驱体聚合物后，经水解酸化后得到，其结构式为：式中，t为0～3的整数，v为1～4的整数，g为1～4的整数，a和b为1‑20的整数，a'和b'为1‑3的整数，x/(x+y)＝0.1‑0.8，y/(x+y)＝0.2‑0.9，R为—(OCF2)p(CF2)qX，X为Cl或F；p和q为0～3的整数；优选地t＝1，v＝2。4.根据权利要求3所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述含有膦酸结构单元的质子交换膜中还包括多孔纤维增强材料和/或助剂。5.根据权利要求1所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述的含有膦酸结构单元的全氟树脂中各聚合单元所占的摩尔含量百分数为：氟烯烃/氟烯醚聚合单元占总体摩尔分数的30～90％；全氟乙烯膦酸结构单元占总体摩尔分数的5‑65％，全氟乙烯基醚磺酸结构单元占总体摩尔分数的5‑65％；所述含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂的离子交换容量为0.5～2.5mmol/g，优选地，所述含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂的离子交换容量为0.9～1.6mmol/g，更优选地，所述含有膦酸结构单元的全氟磺酸树脂的离子交换容量为1.0～1.4mmol/g。6.根据权利要求4所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述多孔纤维增强材料在含有膦酸结构的质子交换膜中的体积占比为5％～70％，优选为10％～60％，更优选为20％‑50％；所述多孔纤维增强材料孔隙率为60％‑95％，优选孔隙率为75％‑95％，更优选为80％‑95％；2CN115991821A权利要求书2/3页所述的多孔纤维增强材料克重为2～6g/m2，优选为2.5～5g/m2。7.根据权利要求4所述的含有膦酸结构单元的质子交换膜，其特征在于，所述助剂包括助剂(A)和/或助剂(B)；所述助剂(A)为由金属(M)和配体(L)形成的金属络合物；所述金属(M)选自金属、金属氧化物、金属盐及其任意组合；优选地，所述金属(M)选自Mn、MnO、MnO2、Mn2O3、MnSO4