[发明专利]一种燃料电池用液态玻璃复合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液态玻璃复合质子交换膜及制备方法。本发明一种燃料电池用液态玻璃复合质子交换膜及其制备方法，通过将磺化芳香聚合物在冷冻条件下微细化至纳米级，然后分散于硅溶胶中形成胶状物；将胶状物涂刷在载膜板上形成50‑200微米的薄层，然后干燥脱模，进一步在表面喷涂3～5微米后的液态玻璃层，热定型得到燃料电池玻璃质子交换膜，本发明利用液态玻璃使得质子交换膜的表面形成具有亲水、超薄的高度柔韧性隔层，本发明质子交换膜具有显著的抗热、抗酸、抗氧化功能，能够有效防止质子交换膜被氧化浸蚀，大幅提升其使用寿命，同时具有优异的质子导电率，高耐水性和力学性能，以及阻醇性能。

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液态玻璃复合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（PEM）是质子膜燃料电池（PEMFC）的核心材料。商业化的有机全氟磺酸质子交换膜（如Nafion膜），具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，但也有成本高、合成工艺复杂的局限。同时由于是高氟聚合物，材料的循环利用和废弃处理困难，带来环境负担。而且，在燃料电池所要求的高湿度运行条件下，全氟磺酸质子交换膜易发生溶胀变形，使得燃料（特别是甲醇）易渗透穿过质子交换膜，形成化学短路，导致燃料电池输出性能降低。无机质子导电材料因其高电导率、良好的热稳定性和化学稳定性以及低成本的优点成为质子交换膜研发的新热点。

中国发明专利申请号申请号201210113628.3公开了一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件，该专利一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件，属半导体器件领域。其在IC芯片封装生产线上对LED芯片进行封装：利用硅片作承载体，采用“键合”方式将LED芯片直接固定在硅片上；用液态玻璃在硅片表面及各个LED芯片之间形成绝缘层；对硅片置有LED芯片的一面进行抛光；采用“镀膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制备连接电极；对硅片进行切割，得到LED发光器件或LED发光器件模块产品。其降低了LED封装成本，为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用和使用扩展了一个全新的领域，特别适于大功率LED发光器件的生产，在相同外部环境条件或电源功率的情况下可输出更大的光功率。可广泛用于LED发光器件的生产/制造领域。

中国发明专利申请号申请号201380079307.9公开了一种液态玻璃的应用。一种液态玻璃的应用，其将液态玻璃分别制成具有导电柱的基板、嵌埋有线路的基板及玻璃膜，由于液态玻璃拥有许多使用上较为方便的特性，所以除了能大幅减低制作成本之外，还能突破传统玻璃构形的限制，且可显著减少玻璃的厚度，而符合现今对电子产品轻薄短小的需求。

中国发明专利申请号申请号201710702331.3公开了一种福特蓝镀膜玻璃及其制备方法。该专利一种福特蓝镀膜玻璃的制备方法，包括如下步骤：(1)原料气体制备：将氮气、乙烯、硅烷混合气体依次通入混合器中进行混合，所述氮气:乙烯:硅烷混合气体为60-75mol:10-15mol:15-25mol，得到均匀混合的原料气体，所述硅烷混合气体由硅烷和氮气组成；(2)成膜反应：将上述原料气体通入镀膜反应器，再由镀膜反应器的两侧进入温度为630-670℃、具有还原气氛的锡槽内，所述锡槽内漂浮有拉引速度为400-490m/h且厚度为4-8mm的液态玻璃，上述原料气体吸附于该液态玻璃表面形成Si-SiC薄膜，进而制得所述福特蓝镀膜玻璃。