可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電解質(zhì)膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為下一代能量源的燃料電池成為關(guān)注的焦點。特別是在電解質(zhì)中使用具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的聚合物膜的聚合物電解質(zhì)型燃料電池(PEFC)，由于能量密度高，因而期待在家庭用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、便攜式設(shè)備用電源、汽車用電源等廣泛領(lǐng)域中的使用。對于PEFC的電解質(zhì)膜，要求具有在燃料電極-氧化電極間傳導(dǎo)質(zhì)子的電解質(zhì)的功能，并且還要求成為將供給到燃料電極的燃料與供給到氧化電極的氧化劑分離的隔壁。作為電解質(zhì)和隔壁中任意一個的功能不充分時，燃料電池的發(fā)電效率就會下降。因此，期望質(zhì)子傳導(dǎo)性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及機械強度優(yōu)良、并且燃料和氧化劑的透過性低的聚合物電解質(zhì)膜。
[0003]但是，電池的出現(xiàn)，卻給生態(tài)環(huán)境帶來了極大的威脅。無論是早期的鎳鎘電池還是稍晚的鉛酸電池還是后來的鎳氫電池還是現(xiàn)在仍然很流行的堿性干電池，無一例外，如果缺乏管理，都將會給生態(tài)環(huán)境帶來巨大災(zāi)難。這些電池電解質(zhì)溶液中含有的重金屬離子如鎘、鉆、汞、鉛、鎳等，一旦進入土壤或水體，將會給生物體和自然環(huán)境帶來極大危害，進而通過生物鏈危害人類健康。
[0004]如鋰電池在綠色環(huán)保方面做出了很大的突破，但其對生態(tài)環(huán)境仍然具有一定的威脅。鋰電池電解質(zhì)里仍然還含有少量的鎳、鉆等重金屬離子，如果任其積累，必將對環(huán)境造成傷害。近年來，安全性能更高的聚合物鋰離子電池迅速發(fā)展了起來，這種電池的主要特點是電池的電解質(zhì)基質(zhì)為固態(tài)的聚合物凝膠或干膜，其中，構(gòu)成這些固態(tài)電解質(zhì)基質(zhì)的材料主要是聚環(huán)氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等，而這些材料卻有一個共同的致命缺點:難以生物降解。隨著聚合物鋰離子電池的不斷發(fā)展，這些難生物降解且含有一定量有害物質(zhì)的固態(tài)電解質(zhì)必將給生態(tài)環(huán)境帶來巨大危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種使用安全，衛(wèi)生環(huán)保的可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的質(zhì)子傳導(dǎo)材料，所述聚合物基底與質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)量比為15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成的三維網(wǎng)格狀纖維；其中聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨的質(zhì)量比為10:1:0.5:0.5 ；
[0008]所述質(zhì)子傳導(dǎo)材料是由石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化娃構(gòu)成，其中石墨稀微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙稀和納米二氧化硅的質(zhì)量比為2:3:20:0.5:1.5。
[0009]一種制備上述聚合物電解質(zhì)膜的方法，包括以下步驟:
[0010]I)將聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成網(wǎng)格狀纖維；
[0011]2)將石墨稀微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙稀和納米二氧化娃混溶在一起，得到質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液；
[0012]3)將所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液澆鑄或涂覆在步驟I)中的網(wǎng)格狀纖維上，干燥得到所述聚合物電解質(zhì)膜。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明改變傳統(tǒng)基底材料和質(zhì)子傳導(dǎo)材料，通過加入石墨烯微片、碳纖維等高性能材料，使所制備電解質(zhì)膜不僅能在使用時保證良好的傳導(dǎo)性，而且還能在廢棄后被微生物降解，減少電解質(zhì)膜對環(huán)境的危害。其制備方法效率高、成本低、操作簡便、適用范圍廣，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0015]實施例1
[0016]一種可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的質(zhì)子傳導(dǎo)材料，所述聚合物基底與質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)量比為15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成的三維網(wǎng)格狀纖維；其中聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨的質(zhì)量比為10:1:0.5:0.5 ；
[0017]所述質(zhì)子傳導(dǎo)材料是由石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化娃構(gòu)成，其中石墨稀微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙稀和納米二氧化硅的質(zhì)量比為2:3:20:0.5:1.5。
[0018]一種制備上述聚合物電解質(zhì)膜的方法，包括以下步驟:
[0019]I)將聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成網(wǎng)格狀纖維；
[0020]2)將石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化硅混溶在一起，得到質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液；
[0021]3)將所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液澆鑄或涂覆在步驟I)中的網(wǎng)格狀纖維上，干燥得到所述聚合物電解質(zhì)膜。
[0022]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的質(zhì)子傳導(dǎo)材料，其特征在于:所述聚合物基底與質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)量比為15:2.5 ;其中所述聚合物基底是由聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成的三維網(wǎng)格狀纖維；其中聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨的質(zhì)量比為10:1:0.5:0.5 ; 所述質(zhì)子傳導(dǎo)材料是由石墨稀微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙稀和納米二氧化娃構(gòu)成，其中石墨稀微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙稀和納米二氧化硅的質(zhì)量比為2:3:20:0.5:1.5。2.一種制備權(quán)利要求1所述聚合物電解質(zhì)膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成網(wǎng)格狀纖維； 2)將石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化硅混溶在一起，得到質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液； 3)將所述質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物溶液澆鑄或涂覆在步驟I)中的網(wǎng)格狀纖維上，干燥得到所述聚合物電解質(zhì)膜。
【專利摘要】一種可生物降解的復(fù)合穩(wěn)定型聚合物電解質(zhì)膜，包括聚合物基底及分散在所述聚合物基底中的質(zhì)子傳導(dǎo)材料，所述聚合物基底與質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)量比為15：2.5；其中所述聚合物基底是由聚酰亞胺、碳纖維、仿蜘蛛絲纖維和海泡石絨制成的三維網(wǎng)格狀纖維；所述質(zhì)子傳導(dǎo)材料是由石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化硅構(gòu)成，其中石墨烯微片、納米碳化鈦、全氟磺酸樹脂、茂金屬聚乙烯和納米二氧化硅的質(zhì)量比為2:3:20:0.5:1.5。本發(fā)明改變傳統(tǒng)基底材料和質(zhì)子傳導(dǎo)材料，通過加入石墨烯微片、碳纖維等高性能材料，使所制備電解質(zhì)膜不僅能在使用時保證良好的傳導(dǎo)性，而且還能在廢棄后被微生物降解，減少電解質(zhì)膜對環(huán)境的危害。
【IPC分類】C08L79/08, C08K7/10, C08K3/04, C08K13/04, C08K7/06, C08L101/06, C08L23/06, C08K3/36, C08K3/14
【公開號】CN104962078
【申請?zhí)枴緾N201510306908
【發(fā)明人】呂小強, 張建
【申請人】安徽鼎正包裝材料有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月4日