[发明专利]一种燃料电池用免烧陶瓷质子交换膜及制备方法

说明书

本发明属于燃料电池质子交换膜制备的技术领域，具体涉及一种燃料电池用免烧陶瓷质子交换膜及制备方法。本发明一种燃料电池用免烧陶瓷质子交换膜的制备方法，将杂多酸通过石墨烯吸附固定，并与磺化高岭土在聚硫酸铝、铝溶胶粘结等作用下制备成免烧瓷化薄膜，可在高于120℃温度条件下稳定工作，质子电导率高、阻醇性能优异，石墨烯‑杂多酸复合材料中，石墨烯作为杂多酸的一种独特的支撑材料，可以克服杂多酸低的比表面积以及高溶解度等缺点；苯并三氮唑具有防蚀作用，使得陶瓷膜免环境浸蚀，具有增长质子交换膜使用寿命的特点。

技术领域

本发明属于燃料电池质子交换膜制备的技术领域，具体涉及一种燃料电池用免烧陶瓷质子交换膜及制备方法。

背景技术

燃料电池是近些年来兴起的清洁能源技术装置，是继水力、火力和核能发电之后的新一代发电技术。它是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变成电能的高效连续发电装置。通常燃料电池由阳极、阴极及两极之间的电解质组成。在阳极一侧持续通一燃料气，例如H₂、CH₄、煤气等，阴极一侧通入O2或空气，通过电解质的质子传导，在阴极和阳极发生电子转移，即在两极之间产生电势差，形成一个电池。连接两极，在外电路中形成电流，便可带动负载工作。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于采用氢作为燃料，具有能量转化效率高，可低温启动与运行，环境友好等特点受到了世界各国的高度关注。然而，要实现PEMFC的产业化，还需要解决一些关键技术与科学问题，如大幅降低Pt等贵金属催化剂的用量以降低电池的成本，提高质子交换膜的保水性能以简化水管理及改善电池高温运行环境，进而提高PEMFC的工作效率。对于后一个问题，虽然Nafion等全氟磺酸固体电解质质子交换膜因具有较高的质子交换膜电导率，目前在PEMFC中得到了广泛的应用，但在高温及低湿条件下，该类型质子交换膜容易失水，其质子导电率大幅下降，导致电池输出性能大幅降低。近期，通过与SiO₂、TiO₂、CeO₂、ZrO₂, Al₂O₃,WO₃等纳米氧化物陶瓷材料（MO_x，M指金属与Si等元素）复合，改善固体电解质膜的高温保水及低湿度性能已有了大量的报道，但对MO_x的作用机理的研究还较少涉及。

中国发明专利申请号申请号200610125191.X公开了一种导电陶瓷/石墨质子交换膜燃料电池用双极板及其制备方法。本发明涉及一种用于质子交换膜燃料电池中的双极板及其制备方法。一种导电陶瓷/石墨质子交换膜燃料电池用双极板，它由导电陶瓷和石墨两组分混合后经热压烧结而成，导电陶瓷占整个组分的体积百分比为50％-90％，石墨占整个组分的体积百分比为10％-50％，各组份均为粉体；所述的石墨为人工石墨粉，纯度大于97wt％，颗粒细度小于30μm；所述的导电陶瓷为钛硅碳、钛铝碳、二硼化钛或碳化钛，纯度均大于95wt％，颗粒细度小于30μm。本发明制备的双极板具有高电导率、很好的力学性能和优异的抗腐蚀性能。

中国发明专利申请号申请号201410516660.5公开了一种燃料电池陶瓷质子交换膜及其制备方法。本发明涉及一种燃料电池陶瓷质子交换膜及其制备方法，具体讲是采用具有固定形状的纳米级陶瓷颗粒制成双层连续结构的陶瓷膜作为燃料电池质子交换膜，该质子交换膜具有质子电导率高、成膜简单、成本低廉、工作温度高和工作寿命长的优点，适合燃料电池的工业化生产和市场推广应用。