本发明涉及电池领域，特别涉及一种离子交换膜及其制备方法。
背景技术：
：燃料电池，是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，它具有能量转化效率高、污染少等特点，被广泛使用于电池领域中。其中，离子交换膜作为燃料电池的核心材料，其性能的好坏直接影响燃烧电池的电导率、使用寿命等。故，提供一种离子交换膜是十分必要的。现有技术提供了一种全氟磺酸离子交换膜，以作为燃料电池的离子交换膜。该类离子交换膜在较低温度下(80℃)以及潮湿环境中具有良好的离子传导性和化学稳定性。发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术提供的离子交换膜的机械强度低，且在高温(90℃以上)下离子传导性能低。技术实现要素：本发明实施例提供了一种离子交换膜及其制备方法，可以解决上述问题。所述技术方案如下：一方面，提供了一种离子交换膜的制备方法，所述制备方法包括：向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和多金属氧酸盐，并搅拌，以形成混合溶液；对所述混合溶液进行退火热处理，以形成增强膜；利用电解法去除所述增强膜中的多金属氧酸盐，以形成增强型多孔膜；将所述增强型多孔膜布置入基膜内，以形成离子交换膜；其中，所述基膜为全氟磺酸离子交换膜；所述纳米二氧化硅与所述全氟离子交换树脂、所述多金属氧酸盐的质量比分别为(0.1～1)：1、1：(0.5～5)。在一种可能的设计中，所述纳米二氧化硅与所述全氟离子交换树脂溶液的质量比为(0.2～0.5)：1。在一种可能的设计中，所述纳米二氧化硅与所述多金属氧酸盐的质量比分别为1：(1～3)。在一种可能的设计中，所述退火热处理包括：将所述混合溶液升温至150℃～250℃，并保温2h～4h；采用空冷方式，将加热后的混合溶液冷却至常温。在一种可能的设计中，所述电解法中的电解电流密度为2mA/cm2～500mA/cm2，电解时间为1h～2h。在一种可能的设计中，所述基膜通过熔融共挤出法或多层热压复合法制备获取。在一种可能的设计中，所述增强型多孔膜采用连续真空复合工艺布置入所述基膜的内部。另一方面，还提供了一种离子交换膜，所述离子交换膜通过上述所述的制备方法制备获取。在一种可能的设计中，所述增强型多孔膜的孔径为5nm～1000nm，孔穴率为10％～30％。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本发明实施例提供的离子交换膜的制备方法，通过向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅，由于纳米二氧化硅具有高温保水能力，即具有较高的失水温度，可避免离子交换膜的离子传导性能在高温下(90℃以上)急剧下降，进而可保证离子交换膜在高温下具有良好的离子传导性能，纳米二氧化硅也具有优良的机械强度，可提高离子交换膜的机械强度(例如拉伸强度)；再加上向全氟离子交换树脂溶液中加入多金属氧酸盐，可使离子交换膜上形成有多个纳米孔道，以提高离子交换膜的离子传导性能；再通过退火热处理对增强膜进行处理，可提高离子交换膜的尺寸稳定性，进而可避免离子交换膜在潮湿环境中发生过大的形变。综上，通过本发明实施例提供的制备方法所制备得到的离子交换膜具有良好的机械强度以及稳定的尺寸，且在高温(90℃以上)下具有良好的质子传导性能。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。第一方面，本发明实施例提供了一种离子交换膜的制备方法，该制备方法包括：步骤a、向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和多金属氧酸盐，并搅拌，以形成混合溶液。步骤b、对混合溶液进行退火热处理，以形成增强膜。步骤c、利用电解法去除增强膜中的多金属氧酸盐，以形成增强型多孔膜。步骤d、将增强型多孔膜布置入基膜内，以形成离子交换膜。其中，上述基膜为全氟磺酸离子交换膜；纳米二氧化硅与全氟离子交换树脂、多金属氧酸盐的质量比分别为(0.1～1)：1、1：(0.5～5)。本发明实施例提供的离子交换膜的制备方法，通过向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅，由于纳米二氧化硅具有高温保水能力，即具有较高的失水温度，可避免离子交换膜的离子传导性能在高温下(90℃以上)急剧下降，进而可保证离子交换膜在高温下具有良好的离子传导性能，纳米二氧化硅也具有优良的机械强度，可提高离子交换膜的机械强度(例如拉伸强度)；再加上向全氟离子交换树脂溶液中加入多金属氧酸盐，可使离子交换膜上形成有多个纳米孔道，以提高离子交换膜的离子传导性能；再通过退火热处理对增强膜进行处理，可提高离子交换膜的尺寸稳定性，进而可避免离子交换膜在潮湿环境中发生过大的形变。可见，通过本发明实施例提供的制备方法所制备得到的离子交换膜具有良好的机械强度以及稳定的尺寸，且在高温(90℃以上)下具有良好的质子传导性能。下面就本发明实施例提供的离子交换膜的制备方法的各个步骤进行说明：在步骤a中，向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和多金属氧酸盐，并搅拌，以形成混合溶液。具体为，向全氟离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和多金属氧酸盐，并进行搅拌，直至搅拌均匀，以形成混合溶液。为了保证混合溶液的均匀程度，又为了减少操作时间、劳动强度，待纳米二氧化硅和多金属氧酸盐均加入至全氟离子交换树脂溶液后，搅拌5min～10min，即可视为得到均匀的混合溶液。其中，为了提高离子交换膜的机械强度，又不影响的离子交换膜的正常工作，本发明实施例中，纳米二氧化硅与全氟离子交换树脂溶液的质量比为(0.2～0.5)：1，举例来说，该质量比可设置为0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1等可以理解的是，纳米二氧化硅为粒径为纳米级的二氧化硅。其中，与全氟离子交换树脂溶液可为全氟磺酸离子交换树脂溶液和/或全氟竣酸离子交换树脂溶液，浓度为9％～10％。上述两种树脂溶液便于获取，且成本低。为了在保证离子交换膜具有良好机械强度的前提下，提高离子交换膜的离子传导性能，本发明实施例中，纳米二氧化硅与多金属氧酸盐的质量比为1：(1～3)，举例来说，该质量比为1:1、1:2、1:3等。其中，多金属氧酸盐可为12－钨磷酸钾、11-钼硅酸钠中的至少一种。该类多金属氧酸盐便于获取，且成本低。在步骤b中，对混合溶液进行退火热处理，以形成增强膜。具体为，将混合溶液升温至150℃～250℃(例如，150℃、170℃、190℃、210℃、230℃、250℃等)，并保温2h～4h(例如，2h、2.5h、3h、3.5h、4h等)，然后采用空冷方式，将加热后的混合溶液冷却至常温(25℃～30℃)，以形成增强膜。通过如上设置，可得到纳米二氧化硅、多金属氧酸盐均匀分布以及尺寸稳定的增强膜。在步骤c中，利用电解法去除增强膜中的多金属氧酸盐，以形成增强型多孔膜。具体为，将增强膜置于质量浓度为10％～25％的HF溶液中，并将增强膜作为阳极，石墨烯作为阴极，且在电流密度为2mA/cm2～500mA/cm2下，电解1h～2h，去除增强膜中的多金属氧酸盐，进而使增强膜上形成多个纳米孔道，以形成增强型多孔膜。通过如上设置，可有效去除增强膜中的多金属氧酸盐，并使增强膜上形成多个纳米孔道。在应用时，可根据离子交换膜的性能设计要求，可先对多个增强型多孔膜进行复合，然后再将复合后的多个增强型多孔膜布置于基膜内，以形成离子交换膜。在步骤d中，将增强型多孔膜布置入基膜内，以形成离子交换膜。其中，可采用连续真空复合工艺将增强型多孔膜布置入基膜内。另外，基膜通过熔融共挤出法或多层热压复合法制备获取。第二方面，本发明实施例提供了一种离子交换膜，该离子交换膜通过上述所述的制备方法制备获取。通过本发明实施例提供的制备方法所制备得到的离子交换膜具有良好的机械强度以及稳定的尺寸，且在高温(90℃以上)下具有良好的质子传导性能。为了进一步提高离子交换膜的离子传导性能，本发明实施例中，增强型多孔膜的孔径为5nm～1000nm(举例来说，可设置为5nm、10nm、100nm、1000nm等)，孔穴率为10％～30％(举例来说，可设置为10％、15％、20％、25％、30％等)。需要说明的是，上述孔穴率指的是增强型多孔膜中多个纳米孔道的总体积占增强型多孔膜体积的百分比。以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。其中，全氟磺酸离子交换膜购自南京普能新材料科技有限公司；全氟磺酸离子交换树脂溶液、全氟竣酸离子交换树脂溶液购自东莞市宝聚莱塑胶原料有限公司；纳米二氧化硅购自连云港沃华新材料科技有限公司；12－钨磷酸钾、11-钼硅酸钠通过实验室制备获取。实施例1本实施例提供了一种离子交换膜，该离子交换膜通过如下方法制备获取：先向全氟磺酸离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和12－钨磷酸钾，并搅拌5min，以形成混合溶液。其中，纳米二氧化硅与全氟磺酸离子交换树脂溶液、12－钨磷酸钾的质量比分别为0.1：1、1：0.5。然后，将混合溶液升温至150℃，并保温2h，然后采用空冷方式，将加热后的混合溶液冷却至25℃，以形成增强膜。然后将增强膜置于质量浓度为10％的HF溶液中，并将增强膜作为阳极，石墨烯作为阴极，在电流密度为2A/cm2下，电解1h，去除增强膜中的12－钨磷酸钾，形成增强型多孔膜。最后，采用连续真空复合工艺将增强型多孔膜布置入全氟磺酸离子交换膜内，以形成离子交换膜。实施例2本实施例提供了一种离子交换膜，该离子交换膜通过如下方法制备获取：先向全氟竣酸离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和11-钼硅酸钠，并搅拌10min，以形成混合溶液。其中，纳米二氧化硅与全氟竣酸离子交换树脂溶液、11-钼硅酸钠的质量比分别为1：1、1：5。然后，将混合溶液升温至250℃，并保温4h，然后采用空冷方式，将加热后的混合溶液冷却至30℃，以形成增强膜。然后将增强膜置于质量浓度为25％的HF溶液中，并将增强膜作为阳极，石墨烯作为阴极，在电流密度为500A/cm2下，电解2h，去除增强膜中的11-钼硅酸钠，形成增强型多孔膜。最后，采用连续真空复合工艺将增强型多孔膜布置入全氟磺酸离子交换膜内，以形成离子交换膜。实施例3本实施例提供了一种离子交换膜，该离子交换膜通过如下方法制备获取：先向全氟磺酸离子交换树脂溶液中加入纳米二氧化硅和12－钨磷酸钾，并搅拌8min，以形成混合溶液。其中，纳米二氧化硅与全氟磺酸离子交换树脂溶液、12－钨磷酸钾的质量比分别为0.3：1、1：2。然后，将混合溶液升温至200℃，并保温3h，然后采用空冷方式，将加热后的混合溶液冷却至25℃，以形成增强膜。然后将增强膜置于质量浓度为15％的HF溶液中，并将增强膜作为阳极，石墨烯作为阴极，在电流密度为100A/cm2下，电解1.5h，去除增强膜中的12－钨磷酸钾，形成增强型多孔膜。最后，采用连续真空复合工艺将增强型多孔膜布置入全氟磺酸离子交换膜内，以形成离子交换膜。对比例本对比例提供了一种离子交换膜，该离子交换膜为全氟磺酸离子交换膜。应用例分别测得实施例1～实施例3、对比例1提供的离子交换膜的拉伸强度，其测试结果如表1所示。还分别将实施例1～实施例3、对比例1提供的离子交换膜安装于氯碱离子膜电解槽中，并在电流密度为5kA/m2，阴极NaOH溶液的质量比浓度为35％、阳极进槽盐水NaCl的浓度300g/L、出槽盐水NaCl的浓度205g/L、槽温为90℃、1mm极距的条件下进行测试，测试槽电压以及阴极电流效率。其测试结果如表2所示。表1实施例1实施例2实施例3对比例1拉伸强度，MPa40454329表2实施例1实施例2实施例3对比例1槽电压，V4.04.54.23.2阴极电流效率，％97.9％98.2％98％92％需要说明的是，槽电压、阴极电流效率均与离子传导性能正正比。通过表1、表2可知，经本发明实施例提供的方法所制备的离子交换膜具有良好的机械强度，且在高温(90℃以上)下也具有良好的离子传导性能。上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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