[0001] 本发明涉及离子交换膜技术领域，特别涉及填充型离子交换膜的制备方法。

[0002] 专利号：201410219941.4提出了一种：一种用于燃料电池的离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：(1)在惰性气体环境中将3,4‑二氨基苯甲酸和多聚磷酸的混合物进行加热到150‑300℃反应10h；(2)将步骤(1)中的反应物冷却，倒入冷却液中，加入碱性溶液中和，将产物用清水洗涤除去碱性溶液；(3)在两种不同温度下对洗涤后的产物进行干燥，形成聚合物；(4)以活性炭及甲磺酸为溶剂，将聚合物配置成质量分数为2‑5％的溶液，浇注到平板上，在通风环境下将溶剂蒸发，形成薄膜；(5)将薄膜在室温下浸泡在磷酸中，测得薄膜中的酸掺杂量。相较于现有技术，本发明制备方法所制作的用于燃料电池的离子交换膜的导电率较好。

[0003] 上述文件中：填充型离子交换膜的制备工艺相对复杂，需要精确控制填充材料的分散、混合和固化等步骤，这增加了制备成本和难度，限制了其大规模生产和应用；同时填充材料可能会从基膜中流失，导致膜的性能下降；这可能是由于填充材料与基膜之间的相互作用力不够强或膜的使用条件过于恶劣所致；同时，填充材料在基膜中的分布可能不均匀，导致膜的性能也存在一定的不均匀性；这可能会影响膜的整体性能和稳定性；

[0004] 因此，本申请提供了填充型离子交换膜的制备方法来满足需求。

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的填充型离子交换膜的制备方法进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。

[0031] 需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。

[0032] 通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。

[0033] 可以理解的是，本公开中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在……之上”或“在……上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。

[0034] 此外，诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本文中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。

[0035] 本发明提供的技术方案，填充型离子交换膜的制备方法，包括：选择具有优良机械性能和化学稳定性的聚合物作为基膜材料：聚偏氟乙烯、聚醚砜、磺化聚醚醚酮；选择具有高离子交换能力、良好分散性和稳定性的纳米颗粒或功能性材料作为填充物：纳米二氧化硅、离子液体、磷酸锆、石墨烯；

[0036] 溶液制备：将基膜材料溶解在适当的溶剂中，N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜；通过搅拌和加热方式使基膜材料完全溶解，形成均匀的溶液；同时基膜溶液通过浇铸、流延和静电纺丝方法制成基膜，成膜过程中需控制溶液的浓度＜60℃、温度＜28℃、湿度＜30℃条件，以获得具有所需厚度和结构的基膜；

[0037]

[0038] 将填充材料分散在适当的溶剂中或通过其他方法使其均匀分散；对于纳米颗粒难以分散的材料，可采用超声波震荡、机械搅拌等方法辅助分散；将分散好的填充材料溶液与基膜材料溶液按一定比例混合，或通过其他方式将填充材料均匀分布在基膜中；混合过程中需控制混合比例(3：1)、搅拌速度、时间(2‑3min)条件，以确保填充材料在基膜中的均匀分布；随后，通过固化、热处理等步骤使填充材料与基膜材料紧密结合，形成填充型离子交换膜；制得的所述填充型离子交换膜进行清洗，以去除残留的溶剂和其他杂质；清洗后，将膜置于干燥箱中进行干燥处理，以去除膜中的水分和挥发性物质；对干燥后的填充型离子交换膜进行性能测试，包括离子交换容量、质子传导率、机械强度、化学稳定性指标。

[0039] 在本实施例中，还需要解释说明的是：对制备好的离子交换膜进行性能测试，包括交换容量、含水量、导电性、选择透过性、机械强度等指标。这些测试有助于评估膜的性能是否符合预期要求；需要注意的是，不同类型的离子交换膜(如均相膜、非均相膜)在制备过程中可能存在一些特定的步骤和差异；均相膜可能需要通过化学反应在膜内引入所需的功能基团；而非均相膜则可能是通过将粉末状的离子交换树脂与高分子材料混合后加工成膜。因此，在实际操作中需要根据具体情况进行调整和优化；制备过程中需确保所述基膜材料与所述填充材料之间具有良好的相容性，以避免因相分离或化学反应导致膜性能下降，通过在所述基膜中填充具有高离子交换能力的纳米颗粒或功能性材料，可以显著提高膜的离子交换容量和离子传导率。

[0040] 所述基膜材料上的活性基团，负责离子的交换和传导；固定基团的种类和性质决定了膜的选择透过性和离子交换容量。

[0041] 在本实施例中，还需要解释说明的是：基膜材料分为：非均相膜：由于其机械强度较好且价格相对较低，常被用于一些对化学稳定性和选择透过性要求不是特别高的场合；然而，由于其膜电阻较大和耐强酸强碱性能有限，可能不适用于需要高效能耗和极端化学环境的场景，均相膜：由于其优良的化学稳定性、较低的膜电阻和优良的选择透过性，被广泛应用于需要高效能耗和极端化学环境的场景，如海水淡化、酸碱浓缩等。

[0042] 所述固定基团结合的可解离离子，这些离子在电场或浓度差的作用下可以在膜内移动，实现离子的传导和交换。

[0043] 所述填充基膜具有多孔结构，为填充材料提供了足够的空间；这些孔隙结构有利于离子的传输和扩散，同时也有助于提高膜的透水性和溶胀度。

[0044] 所述填充材料的引入为膜内提供了更多的离子传输通道，使得膜的导电性得到增强，助于降低膜电阻和能耗，提高电池或电解槽的性能。

[0045] 所述填充材料具有良好的化学稳定性，能够抵抗酸碱腐蚀；这些填充材料的引入可以提高填充型离子交换膜的化学稳定性，使其能够在更恶劣的环境下使用。

[0046] 所述基膜通过控制浸泡时间、温度等条件来调控离子液体在膜内的填充量；浸泡完成后，取出膜需要用去离子水清洗以去除表面残留的离子液体。

[0047] 在本实施例中，还需要解释说明的是：

[0048]

[0049] 本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。

[0050] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

[0051] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。