可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电解质膜技术领域，具体涉及一种可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜。
【背景技术】
[0002]近年来，作为下一代能量源的燃料电池成为关注的焦点。特别是在电解质中使用具有质子传导性的聚合物膜的聚合物电解质型燃料电池(PEFC)，由于能量密度高，因而期待在家庭用热电联产系统、便携式设备用电源、汽车用电源等广泛领域中的使用。对于PEFC的电解质膜，要求具有在燃料电极-氧化电极间传导质子的电解质的功能，并且还要求成为将供给到燃料电极的燃料与供给到氧化电极的氧化剂分离的隔壁。作为电解质和隔壁中任意一个的功能不充分时，燃料电池的发电效率就会下降。因此，期望质子传导性、电化学稳定性以及机械强度优良、并且燃料和氧化剂的透过性低的聚合物电解质膜。
[0003]但是，电池的出现，却给生态环境带来了极大的威胁。无论是早期的镍镉电池还是稍晚的铅酸电池还是后来的镍氢电池还是现在仍然很流行的碱性干电池，无一例外，如果缺乏管理，都将会给生态环境带来巨大灾难。这些电池电解质溶液中含有的重金属离子如镉、钻、汞、铅、镍等，一旦进入土壤或水体，将会给生物体和自然环境带来极大危害，进而通过生物链危害人类健康。
[0004]如锂电池在绿色环保方面做出了很大的突破，但其对生态环境仍然具有一定的威胁。锂电池电解质里仍然还含有少量的镍、钻等重金属离子，如果任其积累，必将对环境造成伤害。近年来，安全性能更高的聚合物锂离子电池迅速发展了起来，这种电池的主要特点是电池的电解质基质为固态的聚合物凝胶或干膜，其中，构成这些固态电解质基质的材料主要是聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等，而这些材料却有一个共同的致命缺点:难以生物降解。随着聚合物锂离子电池的不断发展，这些难生物降解且含有一定量有害物质的固态电解质必将给生态环境带来巨大危害。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用安全，卫生环保的可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜。
[0006]本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0007]一种可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的质子传导材料，所述聚合物基底与质子传导材料的质量比为15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成的三维网格状纤维；其中聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒的质量比为10:1:0.5:0.5 ；
[0008]所述质子传导材料是由石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化娃构成，其中石墨稀微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙稀和纳米二氧化硅的质量比为2:3:20:0.5:1.5。
[0009]一种制备上述聚合物电解质膜的方法，包括以下步骤:
[0010]I)将聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成网格状纤维；
[0011]2)将石墨稀微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙稀和纳米二氧化娃混溶在一起，得到质子传导聚合物溶液；
[0012]3)将所述质子传导聚合物溶液浇铸或涂覆在步骤I)中的网格状纤维上，干燥得到所述聚合物电解质膜。
[0013]本发明的有益效果是:本发明改变传统基底材料和质子传导材料，通过加入石墨烯微片、碳纤维等高性能材料，使所制备电解质膜不仅能在使用时保证良好的传导性，而且还能在废弃后被微生物降解，减少电解质膜对环境的危害。其制备方法效率高、成本低、操作简便、适用范围广，适合工业化生产。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0015]实施例1
[0016]一种可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的质子传导材料，所述聚合物基底与质子传导材料的质量比为15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成的三维网格状纤维；其中聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒的质量比为10:1:0.5:0.5 ；
[0017]所述质子传导材料是由石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化娃构成，其中石墨稀微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙稀和纳米二氧化硅的质量比为2:3:20:0.5:1.5。
[0018]一种制备上述聚合物电解质膜的方法，包括以下步骤:
[0019]I)将聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成网格状纤维；
[0020]2)将石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化硅混溶在一起，得到质子传导聚合物溶液；
[0021]3)将所述质子传导聚合物溶液浇铸或涂覆在步骤I)中的网格状纤维上，干燥得到所述聚合物电解质膜。
[0022]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的质子传导材料，其特征在于:所述聚合物基底与质子传导材料的质量比为15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成的三维网格状纤维；其中聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒的质量比为10:1:0.5:0.5 ; 所述质子传导材料是由石墨稀微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙稀和纳米二氧化娃构成，其中石墨稀微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙稀和纳米二氧化硅的质量比为2:3:20:0.5:1.5。2.一种制备权利要求1所述聚合物电解质膜的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成网格状纤维； 2)将石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化硅混溶在一起，得到质子传导聚合物溶液； 3)将所述质子传导聚合物溶液浇铸或涂覆在步骤I)中的网格状纤维上，干燥得到所述聚合物电解质膜。
【专利摘要】一种可生物降解的复合稳定型聚合物电解质膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的质子传导材料，所述聚合物基底与质子传导材料的质量比为15：2.5；其中所述聚合物基底是由聚酰亚胺、碳纤维、仿蜘蛛丝纤维和海泡石绒制成的三维网格状纤维；所述质子传导材料是由石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化硅构成，其中石墨烯微片、纳米碳化钛、全氟磺酸树脂、茂金属聚乙烯和纳米二氧化硅的质量比为2:3:20:0.5:1.5。本发明改变传统基底材料和质子传导材料，通过加入石墨烯微片、碳纤维等高性能材料，使所制备电解质膜不仅能在使用时保证良好的传导性，而且还能在废弃后被微生物降解，减少电解质膜对环境的危害。
【IPC分类】C08L79/08, C08K7/10, C08K3/04, C08K13/04, C08K7/06, C08L101/06, C08L23/06, C08K3/36, C08K3/14
【公开号】CN104962078
【申请号】CN201510306908
【发明人】吕小强, 张建
【申请人】安徽鼎正包装材料有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月4日